유레카! 일상 속 아르키메데스 원리 완벽 해부

 

아르키메데스 원리는 물리법칙 중 하나인데,

쉽게 말하면 물에 떠 있는 물체가 그 무게만큼의 물을 밀어내면서 부력을 받는다는 거예요.

이를 통해 물건이 뜨거나 가라앉는 이유를 알 수 있죠.

이제 이해하기 쉽게 다양한 예를 들어 설명해 볼게요!

 

♥ 부력의 사전적 의미

액체나 기체와 같은 유체에서 중력의 반대 방향으로 물체를 밀어 올리는 힘

 

● 욕조에서 물 넘치는 현상

욕조에 발을 담그면 물이 넘치죠? 이건 발이 들어가면서 밀어낸 물 때문이에요.

만약 코끼리가 들어가면 더 많은 물이 넘치겠죠? 큰 물체일수록 더 많은 물을 밀어내니까요.

이게 부력의 핵심이에요. 밀어낸 물의 무게만큼 부력이 생겨요.

그래서 물에 뜨는지 가라앉는지를 정하는 거예요.

 

● 수영장에 튜브 띄우기

튜브나 고무보트를 수영장에 넣으면 둥둥 잘 뜨죠.

왜냐하면 튜브의 무게보다 밀어낸 물의 무게가 더 크기 때문이에요.

이때 튜브는 물과 공기 사이에 딱 균형을 맞춰서 떠 있는 거예요.

반대로 돌멩이를 던지면 가라앉는 이유는 돌이 밀어낸 물의 무게보다 돌 자체가 더 무겁기 때문이에요.

● 배가 물에 뜨는 이유

배는 쇳덩어리로 만들어졌는데도 어떻게 물에 뜰까요?

쇳덩어리 자체는 무겁지만, 배는 속이 비어 있잖아요.

배 전체의 평균 밀도가 물보다 낮기 때문에 물을 충분히 밀어내면서 부력을 얻어 떠 있을 수 있어요.

(그래서 배가 구멍 나면 가라앉는 거예요. 밀어낼 물이 없으니까요!)

 

● 오렌지 껍질 실험

오렌지를 물에 넣으면 껍질이 붙어 있을 때는 뜨고, 껍질을 벗기면 가라앉아요.

껍질에는 미세한 공기 주머니가 많아서 오렌지가 물보다 밀도가 낮아지거든요.

껍질을 벗기면 이 공기가 사라져서 밀어내는 물의 양이 줄고 오렌지가 가라앉는 거예요.

 

● 바닷물에서는 더 잘 뜬다?

바닷물에서 몸이 더 잘 뜨는 걸 경험해봤나요?

이유는 바닷물이 염분이 많아 밀도가 높아지기 때문이에요.

같은 몸무게라도 바닷물은 더 무거운 물을 밀어내니까 부력이 커지고,

그래서 사람이 더 쉽게 떠요.

 

● 풍선과 헬륨가스

비슷하게, 공기 중에서도 부력이 작동해요!

헬륨 풍선이 뜨는 이유는 헬륨이 공기보다 가볍기 때문이에요.

풍선이 차지하는 부피만큼 공기가 밀려나면서 부력을 얻죠.

 

● 생선과 잠수함의 공통점

생선이 물속에서 위아래로 움직일 수 있는 건 부레라는 공기 주머니 덕분이에요.

공기를 많이 채우면 부력이 커져 위로 떠오르고, 공기를 줄이면 가라앉아요.

잠수함도 비슷한 방식으로 물탱크에 물을 넣었다 뺐다 하면서 떠올랐다 잠수해요.

 

● 얼음이 물에 뜨는 이유

얼음은 물로 만들어졌지만 물에 뜨죠.

이건 얼음이 얼 때 부피가 늘어나면서 밀도가 물보다 낮아지기 때문이에요.

그래서 물이 꽁꽁 얼어도 강 전체가 얼지 않고, 물고기들은 아래에서 안전하게 겨울을 날 수 있어요.

● 목욕탕 수압 체감

목욕탕에서 몸을 물에 담그면 몸이 가벼워지는 느낌 들죠?

물 속에서는 몸의 무게가 줄어드는 게 아니라, 아래쪽에서 위로 미는 부력을 받기 때문이에요.

그래서 물속에서 들었던 물건을 물 밖에서는 훨씬 더 무겁게 느껴요.

 

● 커피잔에 숟가락 띄우기

커피잔에 숟가락을 넣으면 가라앉지만, 아주 가볍고 얇은 스푼은 커피 표면에 떠 있을 수 있어요.

이때 표면장력과 부력이 함께 작용해요.

얇은 스푼은 무게가 작아서 커피가 밀어내는 힘과 균형을 맞출 수 있는 거죠.

 

 

아르키메데스 원리를 이해하면 일상 속 부력 현상이 정말 재미있어져요!

물에 떠 있는 배부터 풍선, 목욕 시간까지 모두 이 원리로 설명할 수 있죠.

다음번에 욕조에 몸을 담글 때 물이 넘치면 아르키메데스를 떠올려 보세요.

"유레카!"라고 외치면 느낌이 더 살지도 몰라요!