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Date 2012/09/21 11:25:40
Name 스타핏
Subject 부력과 공기중에서 뜨는 힘의 차이?
물체가 물에 뜨고 가라앉는 힘(부력)은 밀도와 관련 있는 건 알고 있습니다. 밀도가 높으면 가라앉고 밀도가 낮으면 뜨는 것이죠? 그리고 질량은 부력에 영향을 주지 않는 것도 알고 있습니다. 배수량이 몇 천톤에 해당하는 배가 물에 뜨는 것을 보면 말이죠.
그런데 이건 물에 관련된 것이고 대기중에서 영향을 미치는 건 무엇인가요? 대기중에선 질량이 영향을 미치는 건가요? 예를 들어 공기 구성 요소 중 산소와 이산화탄소를 한 데 모아두면 이산화탄소가 산소보다 아래쪽에 깔리잖아요. 이산화탄소가 더 무거워서 아래쪽에 깔리는 거로 배웠는데 그렇다면 대기 중과 물 속에서의 뜨는 힘은 다른 개념인가요?

흑흑..ㅠ 과학을 싫어했던 문과생이라 개념이 정리가 안되네요

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karlstyner
12/09/21 11:28
수정 아이콘
마찬가지로 밀도입니다.
염나미。
12/09/21 11:28
수정 아이콘
똑같아요 하지만 물의 비중이 공기보다 한참 무겁기때문에 뜨는게 많아서
공기랑은 개념이 다르기 느껴질 뿐이에요

물보다 비중이 무거운 수은은 이산화탄소처럼 물 속 바닥에 깔린 답니다
happyend
12/09/21 11:31
수정 아이콘
대기중에서 공기보다 밀도가 낮으면 뜨죠.수소를 넣은 풍선처럼요.
대신 입으로 바람을 넣은 풍선은 잘 안뜨죠.이산화탄소가 들어간거라서 공기보다 무겁거든요.
이디어트
12/09/21 12:10
수정 아이콘
배가 물에 뜨는 원리를
철판의 질량은 한정 되어있는데 이걸 배모양으로 펴서 부피를 늘려 밀도를 바꿨다 라고 이해하시는거 아닌가요?
이건 틀린 생각이구요, 철을 압축하지않는 이상 부피는 일정하죠
그 압축도 여간쉬운일이 아니구요

배가 물에 뜨는 원리는 부력인데 이 부력은 물체가 물을 밀어낸 부피에 비례합니다
즉, 배가 밀어낸 물의 무게만큼 부력이 발생하는것이고 이 힘이 배의 무게보다 크기때문에 배가 물에 뜨는거죠


이산화탄소를 부력이 발생하기쉬운 모양으로 만들어진 질량이 0인 물체에 넣은다음 산소로 이루어진 바다에 띄운다면 그 물체는 공기위로 뜰것같습니다 [m]
이디어트
12/09/21 12:13
수정 아이콘
저기서 밀려난 물의 부피를 배수량이라고 표현하고 배의 크기를 가늠하는 잣대중 하나로 사용합니다

아니면 말구요... [m]
이디어트
12/09/21 12:23
수정 아이콘
폰으로 쓰다보니 정신이 없는데,
정리해드리자면

물체는 기본적으로 무게운게 아래로 갑니다
밀도가 높다는 뜻이죠

그럼 이 밀도가높은 철판을 어떻게 물에 띄우느냐?
밀도라고 하셨는데 지금 제 옆에서 만들어지고 있는 배의 철판의 밀도가 물보다 가벼워서 뜰까요? 아니죠

물체가 물에 들어가면 기본적으로 부력이 생깁니다
이 부력은 물체가 물을 밀어낸 부피에 비례한다고 앞서 말씀드렸죠
즉, 바다위의 배는 배가 물속에 들어가면서 밀어낸 물의 양
(그러니깐 바다에 잠긴 배의 부피ㅡ배수량)의 질량이
배의 질량과 같기에 힘의 평형이 이뤄져 정상상태stable를 유지하고 있게 되고 이 덕에 물에 떠있는겁니다

왜 가벼운 물체는 물에 뜰까요?나무같은것..
밀도가 물보다 작기도 하지만
더 정확하게 말씀드리면
나무가 물에 잠겨 밀어낸 물의 무게와 물의 무게가 같기 때문입니다
잘 보시면 아시겠지만 나무는 물의 표면에 떠있는게 아니고
조금 잠겨있는걸 확인할수있죠
밀도가 물보다 작다는건 그만큼 밀어내야할 물의 양이 적다는 의미이죠 [m]
후후하하하
12/09/21 13:24
수정 아이콘
부피가 아무리 커도, 속이 철로 꽉찬 배는 안뜹니다.
물이 물체를 밀어내는 힘은 부피가 클수록 커지지만, 그 부피당 무게가 물의 부력보다 더 클경우에는 뜨지 못합니다.
후후하하하
12/09/21 14:44
수정 아이콘
면적당 무게군요 죄송합니다. 물체와 물이 닿는부분에 작용하는 단위 면적당 물이 밀어내는 힘, 다시말해서 부력이,
물체가 아래로 가라앉을려고 하는 단위 면적당 무게보다 클경우 물체가 뜨게되고, 반대일경우 가라앉게 됩니다. 라는 말이었습니다.
밀도라는 말은, 일정 부피당 포함되있는 물질의 빽빽한 정도인데, 밀도가 높다, 즉 물질이 빽빽하다는 말은 무게가 많이 나간다는 말과 일반적으로는 일치하고, 밀도가 높다는건 부피당 무게가 많이 나간다는 말과 거의 같은 표현이겠죠.
밀도가 높을수록 부피당 무게가 많이 나가므로, ''부피당 밀어내는 무게''가 거의 비슷한 물의 경우 '물보다 밀도가 높은 물질'(다시말해 ''부피당 가라앉을려는 무게''가 물의 부력보다 큰 물질)은 가라앉게 되는것으로 압니다.
후후하하하
12/09/21 15:03
수정 아이콘
말씀하신 내용을 보면 물이 뜨는 이유는 밀도와는 상관없이 밀어내는 물의 양이 중요하다고 하셨는데,
그 밀어내는 물의 양은 일반적으로는 단위 면적당 무게에 따라서 결정됩니다.
배의 단위면적당 무게가 부력보다 낮으면 배위의 무게+배아래의 무게의 합 / 단위면적이 단위면적당 밀어내려는 물의 부력과
같아지도록 조절이 되는것이죠.
이것은 배위의 무게 때문에 배아래에 물에 닿는 단위면적당 무게 다시말해 밀도가 증가했다고 볼 수 있습니다.
후후하하하
12/09/21 15:28
수정 아이콘
제가 말씀드리고 싶은것은 물체가 뜨는 '원인'은, 밀도에 따른 단위면적당 무게의 차이이고 물을 밀어내는 양은 결과라는 것입니다.
물을 밀어내는 양이 '원인'이 아니라는 뜻이죠.
하지만 윗글에는 밀려난 물의 양이 평형상태라는 결과를 원인으로 말씀하셔서 덧붙인 것입니다.
이디어트
12/09/21 12:27
수정 아이콘
위에 정상상태는 스테이블이 아니고 스태틱인가 뭐그런데 생각이 안나네요
정상 비정상 이랑 관계 없다는 의미로 쓴건데.. [m]
올빼미
12/09/21 12:34
수정 아이콘
철로만든배가 뜨는이유는 속이 비어있기때문입니다. 그만큼크기에 비해가볍죠.
스타핏
12/09/21 13:51
수정 아이콘
답변해주신
karlstyner , 염나미。 , happyend , 이디어트 , 후후하하하 ,올빼미 모두 감사합니다.

결국 부침의 원리는 어디서나 밀도의 차이였군요.

그럼 차가운 공기가 따뜻한 공기보다 밑에 있는 이유는 무게가 무거워서이다. 라는 진술은 틀린 것이죠?
후후하하하
12/09/21 14:37
수정 아이콘
무게가 무거워서라는 말 앞에는, 같은 부피일때의 무게가 무거워서 라는 말이고
같은 부피당 무게, 반대로 말해서, 밀도가 높기 때문이죠.라고 배웠습니다.

밀도라는 개념이 참으로 복잡한것이, 블랙홀은 가장 높은 밀도를 가진 천체이고 우주는 우주공간에서 비교적 낮은 밀도를 가진 물질들이 모여있는 공간이죠.
또 태양 또한 밀도가 높아질때 수소원자끼리의 결합으로 타오르고 있고,
밀도라는 개념은 많은 부분에서 놀라운 개념인것 같다는 생각이 듭니다.
후후하하하
12/09/21 15:33
수정 아이콘
주위의 유체보다 밀도가 작은 물체는 같은 체적의 물의 무게(부력)보다 무게가 가벼우므로 그대로 놓아두면 떠오르며, 밀도가 같은 물체라면 유체의 어디에라도 정지되고, 또 밀도가 크면 가라앉는다는 것을 알 수 있다. 특히 같은 체적의 액체보다 가벼운 물체인 때는 액체면에서 물체가 얼굴을 내밀고, 액체 속에 있는 물체의 부분에 작용하는 부력(수평면 밑의 물체가 배제되는 액체의 무게)이 물체의 무게와 같아졌을 때 정지한다.
-위키 백과
소중한겨드랑이
12/09/22 02:02
수정 아이콘
휴 이제 좀 명쾌해졌습니다. 다시한번 답변주신 이디어트님 후후하하하님 마에님 감사드립니다!
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