부   력


물체가 완전히 물에 잠기면, 잠긴 물체의 부피와 같은 부피의 물이 대체된다. 물체가 물에 잠겨 있을 때, 무게는 더 가볍다. 물이 위쪽으로 미는 것 같다. 액체에 의해서 위쪽으로 작용하는 힘을 부력이라 부른다. 아르키메데스부력의 원리는 다음과 같이 정리하였다.

' 액체에 잠겨진 물체는 물체가 잠긴 부피에 해당하는 액체의 무게와 같은 크기만큼 가벼워진다.'

부력은 유체에 작용하는 중력에 의해서 생긴다. 유체에 잠긴 물체는 잠긴 윗부분과 아랫부분 사이에 압력의 차가 있다. 만약, 물체가 없었다면, 그 부피에 해당하는 유체가 그 곳에 있었을 것이다. 이 유체의 무게는 다른 부분에 있는 유체가 지탱한다. 즉, 부력의 크기는 대신한 유체의 무게가 된다. 



이 자바 애플릿은 두 개의 부분으로 나뉘어져 있다. 하늘색 유체, 회색상자물체이다.

원하는 [유체/물체의 밀도] 크기를 텍스트 필드에 입력할 수 있다.

유체에서 물체가 움직일 때, 끌림항력(drag force) Fr 이 있다.

    Fr = - k V   V 는 물체의 속도, k 는 비례상수(두 번째 텍스트 필드에 입력)

왼쪽 마우스 버튼으로 물체를 다른 지역에 드래그하여 옮길 수 있다.

오른쪽 마우스 버튼으로 드래그하여 물체의 부피를 조절할 수 있다.

물체의 무게는 텍스트필드에 나타난다.

당신은 물체를 드래그하여, 유체에 잠기게 할 수 있다.

검정 벡터는 물체의 무게를 나타낸다. 검은점은 무게 중심이다.

빨간 벡터는 부력을 나타낸다.

오른쪽 마우스 버튼으로 원점(녹색점)을 클릭하면, 그려진 곡선이 지워지고, 시간=0s가 된다.

부력은 하늘점에 작용하는 것으로 생각할 수 있다.(대체된 액체에 대한 질량 중심과 같다.)

당신은 물체를 놓으며, 시뮬레이션은 시작된다. (중력과 부력에의해 물체가 운동한다.)

애니메이션을 정지시키려면, 왼쪽 마우스 버튼 혹은 [정지]를 누른다.

마우스 오른쪽 버튼을 누르면 계속 할 수 있다.



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hwang@phy03.phy.ntnu.edu.tw

Author:Fu-Kwun Hwang, Dept. of physics, National Taiwan Normal University

Translator : 신범철, SBC물리마을

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