|
|
|
상상해봅시다. 알류미늄캔인 알공과 알물이 수영장에서 물로 들어가려고 합니다. 알공은 캔 안이 공기로 차있습니다. 알물은 캔 안이 물로 차있습니다.
|
두 캔이 물로 퐁당 뛰어든 다음 둘은 어떻게 되었을까?(둘의 차이점을 비교)
|
|
|
|
왜 그럴까요? 조금 더 자세히 알아봅시다.
(1) 지구 중력과 무게
용수철에 힘을 주면 늘어납니다. 용수철 저울에 물체를 매달면 용수철이 늘어납니다. 이것으로부터 알 수 있는 것은? 물체가 용수철에 힘을 작용한다는 것입니다.
물체는 어떻게 용수철에 힘을 작용할 수 있을까요? 그것은 지구가 물체를 지구 중심 방향(아래)으로 끌어당기기 때문입니다. 지구가 끌어당기는 힘을 지구 중력이라고 하고, 물체에 작용하는 지구 중력의 크기를 지구에서의 물체의 무게라고 합니다. 물체의 무게는 질량에 비례합니다.
|
|
|
|
|
|
(2) 부력
물체를 용수철 저울에 매달고, 물체를 물에 넣으면 용수철 저울의 눈금은 어떻게 될까요?
물체를 물에 많이 담글수록 용수철 저울의 눈금이 점점 작아집니다. 이때 지구 중력이 변했을까요? 아닙니다. 물체의 질량이 변하지 않았으므로, 지구 중력의 크기는 변하지 않습니다.
물체를 물에 담갔을 때 용수철 저울의 눈금이 작아지는 것은 물이 물체를 위로 들어올리기 때문입니다. 이 힘을 부력이라고 합니다. 부력의 크기는 물체를 물에 넣기 전의 용수철의 눈금에 비해 물에 넣었을 때의 눈금이 작아진 정도와 같습니다.
물 뿐 아니라 다른 액체와 기체도 부력을 작용합니다(기체에 의한 부력은 아주 작아, 대부분의 경우 무시할 수 있습니다.).
부력은 물체가 물에 잠긴 부피에 비례합니다. 즉, 부력은 액체에 잠긴 물체의 부피와 같은 부피의 액체의 무게와 같습니다.
부력 = 액체에 잠긴 물체의 부피와 같은 부피의 액체의 무게
|
|
|
부력에 대해 더 자세히 알고 싶다면 아래 링크를 참조하세요.
(3) 뜨고 가라앉음과 밀도
물체를 액체에 넣으면, 물체에 작용하는 지구 중력(무게)과 부력이 같아지는 위치에 멈춥니다.
부력의 크기는 액체에 잠긴 물체의 부피와 같은 부피의 액체의 무게이므로
물체의 무게 = 액체에 잠긴 물체의 부피와 같은 부피의 액체의 무게
인 위치에서 물체는 떠있습니다. 지표면애서는 무게가 질량에 비례하므로
물체의 질량 = 액체에 잠긴 물체의 부피와 같은 부피의 액체의 질량
인 위치에서 물체는 떠있게 됩니다.
위의 그림에서 저울 위의 물체와 물은 질량이 서로 같습니다. 반면, 부피는 물체가 더 큽니다. 따라서 물체의 밀도가 물보다 작습니다.(* 밀도 = 질량 / 부피)
물에 물체를 놓었을 때 아래 그림처럼 물체가 수면 바로 아래에 떠있는 경우를 생각해봅시다.
이때 저울 의의 물체와 물은 서로 부피와 질량이 같습니다. 따라서 밀도가 서로 같습니다.
정리하면, 물체의 밀도가 물보다 작으면, 물 위로 뜹니다. 물체의 밀도가 물과 같으면, 수면 바로 아래까지 잠깁니다. 물체의 밀도가 물보다 크면, 물체는 바닥에 가라앉습니다. 물이 아닌 다른 액체에서도 마찬가지입니다.
|
|
|
몇 가지 물질의 0oC에서의 밀도는 다음의 표와 같습니다.
| 상태 | 물질 | 밀도(g/cm3) |
| 고체 | 금 | 19.3 |
| 은 | 10.5 | |
| 철 | 7.8 | |
| 알루미늄 | 2.7 | |
| 얼음 | 0.92 | |
| 액체 | 수은 | 13.6 |
| 물 | 1.00 | |
| 에탄올 | 0.81 | |
| 식용유 | 약 0.9 | |
| 기체 | 공기(혼합물) | 0.00129 |
| 수소 | 0.000090 | |
| 헬륨 | 0.000178 | |
| 질소 | 0.00125 | |
| 산소 | 0.00143 | |
| 이산화탄소 | 0.00198 |
뜨고 가라앉는 현상과 밀도 사이의 관계에 대해 더 자세히 알고 싶다면 아래 링크를 참조하세요.
자료실 홈
문제 자료실
창의 문제 목록