배가 뜨고 잠수함이 잠수하는 원리 퀴즈
아르키메데스, 밸러스트 탱크, 플림솔선: 강철 배가 뜨는 이유를 읽고 10문제를 풀어 봐요.
물체가 뜨는 이유
물체를 물에 넣으면 물체가 물 일부를 밀어내요. 그러면 물은 밀려난 물의 무게만큼의 힘으로 물체를 위로 밀어 올려요. 이것을 아르키메데스의 원리라고 해요. 목욕을 하다가 이 원리를 알아냈다고 전해지는 고대 그리스의 학자 이름을 땄어요.
물체가 자신이 밀어낸 물보다 가벼우면 위로 미는 힘이 이겨서 물에 떠요. 더 무거우면 가라앉아요.
그래서 물체가 무엇으로 만들어졌는지뿐만 아니라 모양도 중요해요. 강철 덩어리는 가라앉지만, 강철을 펴서 속이 빈 선체로 만들면 크기에 비해 가벼우면서도 물을 많이 밀어낼 수 있어요.
강철로 만든 배가 뜨는 원리
배의 선체 안은 대부분 공기로 차 있어요. 강철과 공기를 모두 합쳐 보면 배는 물보다 밀도가 낮아서, 강철만으로는 가라앉더라도 배는 물에 떠요.
배에 짐을 많이 실을수록 배는 더 깊이 잠겨요. 떠 있으려면 물을 더 많이 밀어내야 하기 때문이에요. 바닷물은 민물보다 밀도가 높아서, 배는 강보다 바다에서 조금 더 높이 떠요.
배의 옆면에는 흔히 플림솔 선이라고 부르는 만재 흘수선이 그려져 있어요. 물이 이 선보다 높이 올라오면 배에 짐을 너무 많이 실은 것이라 위험해요.
잠수함이 잠수하고 떠오르는 원리
잠수함은 뜰지 가라앉을지 스스로 정할 수 있어요. 잠수함에는 커다란 밸러스트 탱크가 있어요. 잠수할 때는 밸브를 열어 바닷물을 채워 넣어요. 그러면 잠수함이 밀어내는 물보다 무거워져서 아래로 내려가요.
떠오를 때는 압축 공기를 탱크에 불어 넣어 물을 밖으로 밀어내요. 그러면 다시 가벼워져서 위로 올라가요.
잠항타라는 작은 지느러미 모양의 날개는 잠수함이 움직일 때 위아래 방향을 잡도록 도와줘요. 수면 가까이에서는 거울이나 프리즘이 든 관을 물 위로 내밀어 보는 잠망경으로 밖을 살펴볼 수 있어요.