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질량을 가진 물체는 그 물체가 놓여 있는 면에 수직으로 힘을 작용합니다. 이것은 지구가 질량을 가진 물체를 지구 중심으로 잡아 당기기 때문에 책이 책상면을 내리누르는 효과를 내기 때문입니다. |
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이 힘은 물체의 질량이 커지면 커집니다. |
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그렇다면 같은 책을 눕혔을 때와 세워 놓았을 때는 어떤 차이가 있을까요? |
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두 경우 책의 질량이 같으니까 책상면에 같은 크기의 힘을 작용하겠지요. 하지만 책이 책상면과 닿아 있는 면적이 다르지요. |
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같은 크기의 힘이 서로 다른 면적에 작용하면 당연히 두 경우 같은 면적의 책상면에 작용하는 힘이 다르겠지요. |
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이렇게 같은 면적에 작용하는 힘을 비교해야 하는 경우가 많은데, 이때 1 ㎠, 1㎡, 등 1 로 표현되는 면적을 사용하여 서로 비교할 수 있습니다. 이런 면적을 단위 면적이라고 부릅니다. 그리고 단위 면적 당 작용하는 힘을 압력이라고 합니다. |
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위의 경우 책을
눕힌 경우보다 책을 세운 경우 더 큰 압력을 책상면에 발휘하는
거지요. 자연 현상은 힘보다는 압력에 의해 좌우되는
경우가 많습니다. |
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이제 구멍 높이에 따라 물줄기가 나아가는 길과 압력이 어떤 관계가 있는지를 알아 볼까요? 물도 질량을 가지므로 물이 놓인 표면에 힘을 가합니다. 아래 그림처럼 밑 면적이 같은 물 기둥을 세워두면 왼쪽의 경우 질량이 더 크고 따라서 바닥에 더 큰 힘을 작용하지요. |
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위의 경우 바닥과 닿는 물기둥의 면적이 같으므로 물기둥이 높을수록 책상면에 작용하는 압력이 큽니다. 기체나 액체와 같이 흐를 수 있는 물질을 유체라고 합니다. 대표적인 예가 물입니다. 물은 물 속에 있는 물체에게 어떤 방향으로 압력(수압)을 가할까요? 먼저 아래의 동영상을 관찰해 보세요. 아랫 부분에 구멍을 뜷은 빈 플라스틱 병을 물 속에 넣은 것입니다. |
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모든 방향에서 플라스틱 병 안으로 물이 들어오는 것을 보았지요? 이것은 물이 물체의 표면에 모든 방향으로 압력을 가한다는 것을 말해줍니다. 그리고 물은 다른 물체의 표면에 수직으로 압력을 가합니다. |
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물기둥이 높을수록 바닥면에 수직으로 작용하는 압력이 커지고, 물에서는 모든 방향으로 압력을 작용한다는 점을 적용하여 물이 든 병의 여러 높이에서의 수압을 나타내면 아래 그림과 같습니다. |
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그렇다면 이번 실험에서 사용한 물을 담은 병에서는 어느 구멍에 작용하는 물의 압력이 가장 클까요? |
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당연히 더 높은 물기둥을 위에 가지고 있는 ㉠의 경우 더 큰 압력을 받겠지요. 그렇다면 ㉠의 구멍으로부터 나오는 물줄기가 ㉡ 구멍으로부터 나오는 물줄기보다 더 멀리 나아가겠지요. 공을 세게 던졌을 때 더 멀리나가는 것처럼. |
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물총으로 물을 쏙 때 손에 힘을 많이 준 때와 약하게 준 때 어떤 차이가 있나요? 큰 힘을 주어 물총을 누르면 물줄기가 멀리 나가고, 약한 힘을 주어 물총을 누르면 물 줄기가 멀리 나가지 못하지요. |
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