물 안에 있는 “물방울”을 생각해 보자. 물 안에 있는 이 물방울 어떤 힘도 받지 않고, 물 안에 정지해 있다. 하지만 지구에는 중력이 작용하고 있으므로 이 물방울 역시 중력을 받고 있다. 따라서, 물방울은 아래로 내려가야 하는데 내려가지 못하고 있다. 힘이 작용하는데 아래로 내려가지 못하는 이유는 위로 작용하는 힘이 또 있다는 뜻이다. 여기서, 위로 작용하는 힘을 “부력”이라고 부른다.
부력의 크기는 물방울에 작용하는 중력과 정확히 같은 크기이다. 만약 중력보다 더
크다면
작다면 물방울은 아래로 내려올 것이고, 중력보다
작다면
크다면 위로 올라갈 것이다. 하지만 물방울은 멈춰 있으므로 부력은 중력과 같은 크기라는 사실을 알 수 있다.
이제, 부력이라고 부르는 힘의 크기와 방향을 모두 알았으므로 부력의 모든 것을 안 것이다.
물방울 대신 물방울과 같은 모양의 쇠구슬을 넣어보자. 모양이 같기 때문에 부력의 크기는 같다. 하지만 쇠구슬에 작용하는 중력의 크기가 부력보다 더 크기 때문에 쇠구슬은 아래로 가라앉을 것이다. 하지만 속이 비어 있는 고무공을 넣는다면 고무공에 작용하는 중력이 부력보다 더 작아져서 고무공은 위로 떠오를 것이다.
부력을 더 크게 할 수는 없을까?
부력은 앞서 말했듯이, 물 안에 있는 “물방울”에 작용하는 중력의 크기와 같다고 하였다. 따라서, 물방울을 움직이지 않도록 하면서 물방울의 무게를 무겁게 한다면 부력이 더 커질 것이다. 이렇게 하려면 물방울과 그 주변에 있는 물의 무게를 동시에 무겁게 해야 한다. 물 전체를 무겁게 하려면 물의 밀도를 높이거나, 물을 무겁게 하는 물질을 첨가해야 한다.
따라서, 물에 녹는 물질을 물에 녹인다면 물이 무거워져서 부력이 커지게 된다.
비중이란?
비중이란 순수한 물에 대한 다른 물질의 무게이다. 즉, 부피가 같다면 물보다 얼마나 무거운지 알려주는 숫자가 된다. 물론 물의 비중은 1이다. 계란은 비중이 1.06정도 되는데, 이 얘기는 1kg의 물과 같은 부피를 가지는 계란이라면 1.06kg의 무게를 갖는다는 뜻이다.
따라서 부력의 원리에 의하면 비중이 1보다 큰 물질은 물에 넣었을 때 바닥으로 가라앉고, 1보다 작은 물질은 위로 떠오르게 된다.
계란은 비중이 1보다 크므로 순수한 물에 넣으면 바닥으로 가라앉는다. 하지만 소금을 6%이상 넣는다면 소금물의 비중이 계란의 비중보다 더 커져서 계란이 위로 떠오르게 될 것이다.
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