바다 바닥과 접촉한 물체에 작용하는 부력의 방향
간단하게 직육면체가 바다 바닥으로 가라 앉으면 아래 방향에서 물이 작용하는 부력은 없고 양쪽에서 물이 작용하는 부력은 상쇄되고 윗면에서 물이 누르는 힘만 남아 있으니까 결과적으로 부력은 아랫방향 아닌가요?
안녕하세요.
물체가 물에 잠겨 있을 때, 물체가 받는 부력은 물의 압력 차이로 인해 발생하는 힘입니다. 이 부력은 아래에서 위로 작용하는 힘으로, 물체가 물에 잠기면 언제나 위로 작용하게 됩니다. 이는 아르키메데스의 원리(Archimedes` principle)에 기반한 기본적인 물리적 법칙입니다.
부력의 크기는 물체가 밀어낸 물의 무게와 동일하며, 이 힘은 물체의 윗면과 아랫면의 압력차로부터 발생합니다. 물체가 물에 잠길 경우, 아랫면은 더 깊은 곳에 위치하므로 그만큼 더 높은 압력을 받습니다. 반면 윗면은 상대적으로 낮은 압력을 받습니다. 이러한 압력 차이로 인해 물체는 위로 밀려나게 됩니다.
이제 질문 주신 상황의 경우를 가정해보면, 물체가 바다 바닥에 닿아 가라앉아 있으면, 아랫면은 물과 접촉하지 않게 되어 아랫면에 작용하는 물의 압력(부력에 기여하는 압력 차이)이 존재하지 않습니다. 그 결과, 부력은 물체의 아랫면에 더 이상 작용하지 않고, 윗면에만 물의 압력이 작용하게 됩니다. 그러나 ,부력은 여전히 위쪽 방향으로 남아있습니다. 왜냐하면, 물체의 윗면에 작용하는 수압과 바다 바닥의 반작용(지지력)이 서로 균형을 이루기 때문입니다.
따라서 바다 바닥에 닿은 물체의 경우, 아랫면에서 부력이 발생하지 않더라도 부력의 본질적인 방향은 항상 위쪽입니다. 아랫방향으로의 힘은 부력이 아닌, 물체의 무게에 의한 중력에 해당하는 것입니다.ㅁ
결론적으로, 물체가 바닥에 닿으면 아랫면에서는 부력이 없고, 상쇄되는 수평 방향의 힘도 존재하지 않으므로 부력은 여전히 위쪽 방향으로 작용합니다.