새 볼펜심을 물에 넣으면 왜 무조선 세로로 서나요?
유튜브를 보는데 한 유튜버가 볼펜심 여러 개를 물에 던졌는데 모두 세로로 사버리더군요. 어떤 이유 때문에 볼펜심을 물에 넣으면 왜 무조선 세로로 서나요?
안녕하세요.
볼펜심이 물에 세로로 떠 있는 현상은 여러 물리적 원리에 기반을 두고 있습니다. 우선, 볼펜심의 구조적 및 물질적 특성이 중요한 역할을 합니다. 볼펜심은 대체로 긴 막대 형태를 하고 있으며, 이러한 형태는 물리적 안정성 측면에서 수직 방향(세로)으로 물에 위치할 때 가장 안정적인 상태를 이룹니다. 이는 중력(center of gravity)과 부력(buoyancy)의 상호 작용으로 설명될 수 있습니다. 볼펜심의 중력 중심이 낮을수록, 즉 무게 중심이 중앙에 가까울수록 물에 세로로 서 있는 상태가 더욱 안정화됩니다.
또한, 물의 표면 장력(surface tension)도 볼펜심이 수직으로 서 있도록 하는데 기여합니다. 볼펜심이 물 표면을 관통하는 순간, 물의 표면 장력은 볼펜심 주변의 물을 끌어당기며 볼펜심을 지지합니다. 이 과정에서 물리적으로 볼펜심이 물 속에서 세로로 배치되는 것이 더 유리하게 작용하며, 이는 볼펜심이 가라앉거나 완전히 떠오르지 않고 물 표면 근처에서 세로 방향으로 안정적으로 위치하게 합니다.
이러한 현상은 일반적으로 비대칭적 물체가 물리적인 균형을 찾으려는 자연스러운 경향성과 관련이 있습니다. 볼펜심 같은 긴 막대 형태의 물체는 길이 방향으로 물에 입수될 때 더 큰 면적과 접촉을 가지게 되므로, 물과의 상호작용이 증가하고 결과적으로 이 방향으로의 안정성이 높아집니다. 이와 같은 원리는 유체역학(fluid dynamics)의 기본적인 개념을 통해 더욱 명확히 이해될 수 있습니다.안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
볼펜심에서 잉크가 나오는 촉 부분이 가장 무겁고 금속 재질로 되어 있어 물에 쉽게 가라앉게됩니다. 반대쪽 부분은 보통 잉크가 볼펜심 끝까지 가득차있지 않고 소량의 공기가 포함되어 있어서 부력을 가지게됩니다.
즉 한쪽은 물에 가라앉으려하고 반대쪽은 물에 뜨려고 하기때문에 새 볼펜심을 물에 넣으면 촉이 아래로 가는 방향으로 서있게 됩니다.
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감사합니다.