배가 뜨는 원리, 이유 (부력이란?)
배가 뜨는 원리와 그 이유에 대해서 자세히 알아보겠습니다.
무거운 쇠로 만든 큰 배가 어떻게 바다에 떠 있을 수 있을까요?
이유는 부력, buoyancy 입니다.
그럼 이 부력이 무엇인지 알아볼까요?
부력이란?
부력이란 유체가 물체를 위로 밀러 올리는 힘입니다.
물 위에 나무가 떠 있는 걸 보신 적이 있으시죠?
물이 나무를 위로 밀어 올리는 부력이 존재하기 때문입니다.
무거운 배도 마찬가지입니다.
바닷물이 무거운 배를 위로 밀어 올리는 부력이 존재하기 때문에 떠 있는 것이죠.
아직은 이 부력이 얼마나 대단하길래 배가 떠 있는 건가 싶으실 텐데요.
밑에서 더 알아볼게요!
부력과 중력의 한판 싸움
우리가 익숙한 중력은 모든 사물에 존재합니다.
배에도 마찬가지입니다.
부력은 배를 위로 밀어내고 중력은 배를 바다 아래로 당깁니다.
위로 밀어 올리는 부력이 중력보다 커야지 배는 뜰 수 있게 됩니다.
그럼 이 부력의 힘을 키우려면 어떻게 해야 할까요?
부력과 밀도의 관계
밀도(density)는 빽빽한 정도를 나타냅니다.
식으로는 밀도 = 질량 / 부피입니다.
위에 육면체 도형이 있습니다.
밀도는 어떻게 되는지 계산해 볼까요?
부피 = 3 * 5 * 6 = 90
질량 = 9
즉, 밀도 = 0.1입니다.
그럼 이 밀도로 배가 뜨는 원리를 조금 더 자세히 알아보겠습니다.
물의 밀도
얼음은 물에 잘 뜹니다.
그 이유는 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 낮기 때문이죠.
물은 4도에서 밀도가 1g/cm^3입니다.
위 표를 보시면 0도 이하로 갈수록 밀도가 1 이하로 낮아지고 있습니다.
즉, 물은 영하의 온도에서 얼음이 되면 밀도가 낮아져 얼음이 물 위에 뜨게 되는 거죠!
그럼 이제 배에 적용해볼까요?
배의 부력을 계산해보자
쇠로 만들어진 큰 배가 있습니다.
그리고 이 배가 물에 담기는 무피의 면적은 180,000m^3입니다.
그리고 물의 밀도는 1g/cm^3이며 m로 환산하면 1,000kg/m^3입니다.
면적과 밀도를 알 수 있으니 몇 kg까지 선적할 수 있는지 계산이 가능합니다.
밀도 = 질량 / 부피라고 배웠습니다.
이 식을 변형하면 질량 = 부피 * 밀도입니다.
밀도, 부피를 식에 대입하면 질량은 180,000,000 kg 이 나오는 거죠.
즉, 180,000,000 kg까지 배여 짐을 선적할 수 있습니다.
만약 180,000,000kg 이상을 선적하면 물의 밀도 1을 넘어서기 때문에 배는 침몰하게 됩니다.
만재 흘수선 (Load Line Mark)
다음에 큰 배를 보시게 되면 배의 바닥은 빨간색으로 되어있는 걸 보실 수 있습니다.
만재 흘수선(Load Line Mark)이라고 하는 건데 배가 버틸 수 있는 부력을 표시해둔 거죠.
만재 흘수선은 계절별 해수, 담수로 표시되어 있습니다.
이유는 밀도라는 건 염분과 온도에 따라 달라지기 때문이죠!!
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