부력 가상 실험

아래 링크에서 부력에 대한 가상실험을 해 볼 수 있다는 건 다 알고 있겠지? 선생님 설명을 들으면서 의문이 들때 마다 가상실험에 들어가서 확인해 보도록 해

http://sciencej.cafe24.com/html5/Buoyancy/Buoyancy.html

 

아래 내용들을 생각해 보면서 가상실험을 해 봐.

1. 어떤 물체가 물에 뜨고 가라앉는지? 이유는?

2. 물에 떠 있는 나무토막을 억지로 물에 담그면 어떻게 될까? 왜 그럴까? 이유는?

3. 모든 물체를 똑같은 부피만큼 담갔을때 어떤게 부력이 제일 클까? 이유는?

4. 금속안에 공기를 넣어 부피를 늘리면 물에 뜨게 할 수 있을까? 이유는?

5. 끈을 묶은 헬륨풍선이 계속 떠오르지 않고 중간에 멈추는 이유는? 

 

<추가실험 - 이게 이해가 되면 정말 부력에 대해 완벽하게 이해한 거야. 하산해도 좋다.>

6. 물에 떠 있는 물체를 물속에 드래그 해서 강제로 집어 넣었다가 놓으면 어떻게 될까? 떠 오른다면 왜 계속 떠오르지 않고 결국 멈추게 되는 걸까?

7. 그 물체를 물 위로 들어 올렸다가 놓으면 어떻게 될까? 왜 계속 가라앉지 않고 중간에 멈추는 걸까?

8. 물에 떠 있는 물체는 부력과 중력중에 어떤게 더 큰 걸까?

9. 액체의 종류가 바뀌면 어떻게 될까? 왜 그럴까?

 

<그럼 부력에 대해 설명해 볼까?>

부력이라는 건 액체나 기체속에 있는 물체가 중력 반대방향으로 떠 오르려는 힘이야.

가장 쉽게 생각하면 우리가 수영장에서 물속에 들어가잖아. 그럼 몸무게가 가볍게 느껴지던거 생각나니?

부력 때문에 그런거야.

 

물에서의 부력은 어떤 물체가 물속에 들어가면 중력 반대방향 즉 물 위로 떠 오르려는 힘을 받게 되는 거야

 

<부력의 크기>

 

재미있는 건 부력의 크기는 물체의 종류와 상관없이 물에 잠긴 부피하고만 상관이 있어. 과학에서 어떤거 하고는 상관없고, 어떤거 하고만 상관있다는 것은 굉장히 재미있고 중요한 일이야.

 

부력의 크기는 물에 잠긴 부피에만 비례하기 때문에, 쇳덩어리나, 플라스틱이나, 나무도막을 넣어도, 물에 잠긴 부피가 같으면 부력도 똑같다는 거지. 신기하지 않니?

 

그럼 물에 잠긴 부피가 커지면 부력도 커진다는 것도 알 수 있겠구나.

항공모함 처럼 엄청나게 무거운 물체도, 물에 잠기는 부분을 크게 만들면 가라앉지 않고 물위에 뜨게 할 수 있다는 거야.

사람도 구명조끼를 입고, 조끼 안에 공기를 넣어 팽팽하게 부풀려서 물에 잠기는 부피를 크게 하면 부력이 커져서 물에 뜰 수 있는 거란다.

 

자 그럼 어떨때 물에 뜨고 어떨때 가라앉는지 실험해 볼까? (위 가상실험을 해 보면 되)

예를 들어 물에 나무토막을 넣었는데, 가라않지 않고 물위로 떠 오른다면 나무토막에 작용하는 중력보다 부력이 더 크기 때문이지.

만약 어떤 물체가 중력과 부력이 똑같다면 그 물체를 물 한가운데 조심해서 놓게 되면 그 물체는 그 자리에 멈추게 되겠지.

쇠처럼 밀도가 큰 물체는 부력보다 중력이 더 크게 작용하니까 당연히 가라앉게 된단다. 하지만 쇳덩어리도 병처럼 만들어서 안에 공기를 넣고, 뚜겅을 닫아서 물에 넣으면 부력이 커져서 물에 뜨게할 수도 있단다.

 

<물체는 언제까지 움직이다 멈출까?>

물에 떠 있는 나무토막은 중력과 부력중에 어떤게 더 큰 걸까? 정답은 같다. 왜냐하면 부력이 더 크다면 계속 떠 오를테고, 만약 중력이 크다면 계속 가라앉게 될 거야. 그런데 물체가 물위에 떠서 멈춰 있다는 것은 부력과 중력이 같다는 거지.

물에 떠 있는 나무토막을 강제로 물속에 집어 넣으면 물에잠긴 부피가 커져서 중력보다 부력이 커지게 되. 그럼 물위로 떠 오르게 되지. 물위로 떠 오르면 떠 오를수록 물에 잠기는 부피는 점점 작아지니가 부력도 작아지게 되지. 그러다가 중력과 부력이 같아지는 곳에서 멈추게 되는 거야.

 

<다양한 액체에서의 부력>

물이 아닌 다른 곳에서 부력의 크기는 어떻게 되냐고? 역시 지금쯤이면 이것도 궁금해 질때가 됐지

유체 안에 있는 물체의 부력의 크기는 유체 내에서 물체가 차지하는 부피만큼의 유체의 무게이다 라고 되어 있어. 우리는 물에서 실험했으니까 물체가 차지하는 부피만큼의 물의 무게가 부력이었던 거지.

그런데 소금물의 경우에는 물보다 더 무겁기 때문에 똑같은 부피만큼 잠겨 있으면 부력이 더 커지게 되.

위 가살실험에서도 액체의 종류를 바꿀때 마다 부력이 달라지는 걸 확인했겠지.

그래서 사해에 가면 사람이 물에 가라앉지 않고 누워서 책을 읽을 수도 있단다.

 

<공기중에서의 부력>

자 마지막으로 공기중에서의 부력을 살펴 볼까?

끈을 묶어 놓은 풍선도 마찬가지야.

공기도 일종이 유체니까 공기중에도 부력이 존재한다는건 다 알고 있게지?

그래서 헬륨풍선이 공중에 떠 오를 수 있는 거란다. 헬륨풍선에 작용하는 중력보다. 공기에 의한 부력이 더 크면 떠 오르게 되지.

그런데 풍선 아래 끈을 길게 묶어 놓으면 풍선은 부력에 위해 떠오르게 되는데, 떠 오르면 오를수록 끈의 길이가 길어지기 때문에 끈의 무게만큰 무거워지게 되지. 즉 중력이 커지게 되는 거야.

그래서 결국 부력과 중력이 같아지는 지점에서 멈추게 된단다.

 

이 원리를 잘 이용하면 헬륨풍선을 마법처럼 공중에 떠 있게 만들수도 있단다. 그건 선생님이 만든 영상을 통해서 확인해 봐.

 

 

중력과 부력을 같게 했으니까. 이제 재미있는 것도 만들어 봐야지. 영상을 통해서 확인해 보도록... ^^

과학은 원리를 알고 나면 그 다음부터는 응용을 해 봐야지. 재미있단다. ^^