안녕하세요.
제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.
화물선에 무거운 컨테이너가 가득 실려있습니다. 저렇게 무거운 물체를 싨고도 배는 어떻게 가라앉지 않는걸까요? 물이 배를 밀어올리는 힘이 있다고 생각할 수 있겠죠. 이번 시간에는 '밀어 올리는 힘', '부력'에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
▶ 우리가 배울 6가지 힘
1) 중력 [gravity, 重力]
2) 자기력 [magnetic force, 磁氣力]
3) 전기력 [electric force, 電氣力]
4) 탄성력 [elasticity force, 彈性力]
5) 마찰력 [frictional force, 摩擦力]
6) 부력 [buoyancy, 浮力]
*** 부력 [buoyancy, 浮力]
부력은 중력이 작용할 때 액체 또는 기체가 물체를 밀어 올리는 힘입니다. '뜨려는 힘'이라고 쉽게 생각하면 됩니다.
■ 부력 vs 중력
물체가 액체, 기체에서 '뜬다'라는 것은 물체를 지구 중심으로 끌어당기는 중력을 위로 뜨려는 힘인 부력이 버텨내고 있다는 뜻입니다.
사진처럼열기구는 밑으로 끌어당기는 중력만큼 뜨려는 부력이 같은 크기로 작용하기 때문에 공중에서 같은 위치에 떠있을 수 있고, 물에 떠있는 오리도 가라앉으려는 중력만큼 물이 밀어올리는 부력이 같은 크기로 작용하기때문에 물 위에 가만히 떠있을 수 있는 것입니다.
부력은 결국 중력과 반대 방향으로 작용하는 힘인 것이죠.
부력과 중력의 관계로 인한 물체의 움직임을 간단하게 정리해볼게요.
- 부력 > 중력 : 물체가 떠오른다
- 부력 = 중력 : 물체가 떠 있는 상태로 머문다
- 부력 < 중력 : 물체가 가라앉는다
■ 부력의 크기
어떤 물체를 물에 담궈보는 실험을 통해서 부력의 크기를 측정해보겠습니다.
용수철 저울에 물체의 무게를 측정하고, 그대로 물에 넣어서 무게가 어떻게 변하는지 실험을 해보았습니다.
원래 물체의 무게는 5N이었는데, 물에 넣으니 무게가 2N이 되었습니다. 그렇다면 물체에 작용하는 부력의 크기는 얼마일까요? 너무 쉬운 문제죠 ^^ 네, 바로 3N의 부력이 작용한 것입니다.
*** 부피와 부력
물에 뜰 수 있는 물체를 물에 밀어넣을 때 힘의 크기를 측정해보면 물체가 물에 많이 잠길 수록 힘이 많이 들어갑니다. 즉, 물에 잠겨있는 부피가 클수록 부력이 크게 작용한다는 뜻이죠.
화물선에 작용하는 부력도 같은 원리로 생각할 수 있습니다. 배에 짐을 실으면 무거워지겠지만, 배가 물에 잠기는 부피도 함께 커지기 때문에 부력도 그만큼 커지게 됩니다. 엄청나게 무거운 물건들을 싨고도 화물선이 잠기지 않게 설계를 한 것이죠. 무겁다고해서 무조건 물에 가라앉는 것이 아닙니다. 부력의 크기는 질량과는 관계가 없다고 생각할 수 있습니다.
사실 '부력'이라는 힘은 2학년 과정에서 배우는 '밀도' 개념과 함께 묶어서 공부해야합니다. '아르키메데스의 원리'도 같이 공부하면 더 좋구요. 이번 학습 자료에서는 '부력'이라는 힘에 대해서 간단하게 알아본다라고 생각하면 좋겠습니다. 곧 부력, 밀도, 아르키메데스의 원리를 한꺼번에 다룬 학습자료를 준비해서 곧 업로드하도록 하겠습니다. 조금만 기다려주세요 ^^
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