이 기사에서는 부력이 무엇인지 설명합니다. 다양한 유형의 부력과 부력과 밀도의 관계를 확인할 수 있습니다. 또한, 이 과학적 개념이 실제 세계에 어떻게 적용되는지 볼 수 있습니다.
부력이란 무엇입니까?
부력 은 신체가 뜨는 능력, 즉 신체가 유체 내에서 평형을 유지하는 능력입니다.
물체가 유체에 뜨려면 유체가 물체에 가하는 압력으로 인해 발생하는 힘이 물체의 무게와 같아야 합니다.
때로는 물체를 물(또는 다른 액체)에 담그면 물체가 표면에 떠오를 때까지 조금씩 떠오릅니다. 이는 신체의 아래쪽 부분에 가해지는 힘이 체중의 힘과 위쪽 부분에 가해지는 압력을 더한 것보다 크기 때문입니다. 이 경우 몸체는 위의 힘과 아래의 힘이 같아질 때까지 상승합니다.
따라서 물체의 부력의 원인은 밀도가 아니라 바닥에 가해지는 위쪽 수직 압력과 무게의 힘 사이의 힘의 균형에 있습니다. 그러나 신체의 밀도는 부유 능력과 관련이 있을 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명합니다.
부력과 아르키메데스의 원리
아르키메데스의 원리 는 유체에 완전히 또는 부분적으로 잠겨 있는 물체가 유체에 들어갈 때 변위된 유체의 무게와 동일한 상향 수직 힘을 받는다는 것입니다.
따라서 유체가 신체에 가하는 부력은 유입될 때 대체된 유체의 무게와 같습니다.
따라서 아르키메데스의 원리에 따르면 몸이 뜨려면 몸 자체의 무게와 같은 양의 체액을 배출해야 합니다.
부력의 종류
부력의 개념 내에서 우리는 움직임에 따라 세 가지 유형의 부력을 구분합니다.
- 양성 부력 : 신체는 유체 내에서 상승하려는 경향이 있으므로 유체에 의해 가해지는 압력은 체중의 힘보다 큽니다.
- 음부력(negative buoyancy) : 유체 속에서 몸이 하강하려는 경향, 즉 몸이 가라앉는 현상. 즉, 부력보다 무게의 힘이 더 크다는 뜻이다.
- 중성 부력: 신체는 유체 내에서 평형 상태에 있습니다. 즉, 신체가 유체 내에 떠 있는 상태로 유지됩니다. 이 경우 유체가 몸체에 가하는 양의 수직력은 무게와 동일합니다.
부력과 밀도의 관계
부력의 정의를 고려하여 이 섹션에서는 밀도와 부력이 어떻게 관련되어 있는지 살펴보겠습니다.
유체에서 신체의 부력은 신체의 밀도 및 유체의 밀도와 관련이 있습니다. 물체의 밀도가 유체의 밀도보다 작으면 물체는 유체 위에 뜨게 되고, 물체의 밀도가 유체의 밀도보다 크면 물체는 뜨지 못하고 가라앉게 됩니다.
예를 들어 물의 밀도는 약 1000kg/ m3 이므로 물체의 밀도가 1000kg/ m3 보다 크면 물에 가라앉습니다. 반면에 물체의 밀도가 1000kg/ m3 미만이면 물체가 뜨게 됩니다.
질량이 물체의 부력을 결정하는 것이 아니라 밀도를 결정하기 때문에 물체의 질량과 밀도의 차이를 강조할 필요가 있습니다. 물체의 무게는 많이 나지만 부피가 매우 커서 밀도가 낮아서 뜨는 것이 가능합니다.
부력 앱
마지막으로 부력의 의미를 완전히 이해하기 위해 부력이 실제 세계에서는 어떻게 사용되는지 살펴보겠습니다.
논리적으로 부력은 공학, 특히 선박이나 잠수함과 같은 수중 구조물이나 선박 설계에서 매우 중요한 개념입니다.
그러나 부력은 액체에만 적용되는 것이 아니라 물체가 기체 속에 떠 있을 수도 있습니다. 열기구나 비행선을 설계할 때 부력에 대한 연구는 필수입니다.
마찬가지로, 다이빙을 배우려면 부력에 대한 최소한의 지식이 필수적입니다.