선박 건조가 완료되면 진수식을 하는데 새로 만든 선박을 처음으로 물로 옮기는 행사다. 최대 수십만톤에 달하는 무거운 배를 물에 띄우는 것인데 어떻게 가라앉지 않고 물에 뜨는 것일까?
"유레카!" 수천년 전 부력 원리 알아낸 아르키메데스
시칠리아섬의 시라쿠사에서 태어난 아르키메데스는 왕의 부탁을 받았다. 새로운 금 왕관에 다른 물질이 섞여있다는 소문이 돌아 순금인지 아닌지를 밝혀달라는 것이었는데 당시 기술로는 성분을 정확하게 알아내는 건 불가능했다. 그러다 목욕을 하러 탕에 들어갔는데 물이 넘쳐 흐르는 것을 보고는 방법을 찾아냈는데 너무 기쁜 나머지 옷도 입지 않은채 "유레카(알아냈다)"를 외치며 집으려 달려갔다.
방법은 바로 물이 가득 찬 통에 물체를 넣었을 때 흘러넘친 물의 부피가 그 물체의 부피와 같다는 점을 이용해 재는 것이었다. 결국 아르키메데스는 왕관의 무게를 잴 수 있었고 금관은 순금이 아닌 다른 물질이 섞여있다는 점을 알아냈다.
이 원리는 정확하게 얘기하면 기체 또는 액체로 이뤄진 유체에 물체가 잠기면 그 물체가 밀어낸 무게만큼 '부력(浮力)'이 위로 작용한다는 뜻이다. 쉽게 말해 물에 뜨려는 힘인데 배는 배가 밀어낸 물의 무게가 배의 무게와 같아질 때까지만 가라앉는다. 이 아르키메데스가 발견한 부력의 원리로 오늘날 무거운 배가 뜰 수 있게 됐다.
배처럼 오목한 모양의 물체는 형태로 인해 자체 부피보다 커다란 부피의 물을 밀어낼 수 있어 커다란 부력을 받고 물에 뜬다. 그러나 물체가 기울어지거나 물이 새는 등의 이유로 오목한 부분에 물이 차오르게 되면 부력은 급격히 감소해 가라앉게 된다.
사람도 물에 뜰까?
튜브를 끼고 물에 들어가면 우리 몸이 쉽게 뜬다. 그러다 튜브에서 나오게 되면 몸이 가라앉는 걸 느끼게 되는데 무게에 비해 부피가 큰 튜브의 부력을 받다가 부피가 줄어들면서 부력도 약해지고 뜨지 못하는 것이다. 그러다가 숨을 크게 들이마셔 배와 폐가 부풀어 오르면 부피는 커졌기 때문에 물에 뜰 수 있게 된다.
사람은 인체 주요성분인 뼈, 근육, 지방 등의 비율에 따라 부력이 결정된다. 예를 들어 지방이 물보다 밀도가 작으므로 지방이 많을수록 물에 잘 뜨게 된다.
또 밀도가 큰 유체는 밀도가 작은 유체에 비해 물체에 훨씬 큰 부력을 준다. 염분의 농도가 큰 사해에서 몸이 잘 뜨는 것, 수은과 같은 액체에는 동전도 뜨는 현상 등을 예로 들 수 있다.
곽도훈 기자 kwakd@e-focus.co.kr
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