선박이 물에 뜨는 원리를 알고 싶어요.

배를 만드는 쇳덩어리는 같은 부피의 물보다 약 7.8배 무거워 그 상태로는 물에 가라앉게 되지만, 배처럼 속을 비워 그릇모양으로 만들어 주면 얼마든지 물보다 가볍게(밀도가 물보다 작게) 만들 수 있답니다.


출처: https://blog.samsungshi.com/325 [삼성중공업 블로그]

어떤 물체가 물 속에 잠겨 있으면 윗면에서는 아래쪽으로 수압이 작용하고, 아랫면에서는 위쪽으로 수압이 작용하며 좌우 양면에서도 수압이 서로 반대방향으로 작용합니다.
이 때 아랫면에서 위쪽으로 작용하는 수압이 윗면에서 아래쪽 작용하는 수압보다 크고 이와 같이 물체 주위에 작용하는 모든 수압을 합한 힘이 위쪽으로 작용하는 부력이 됩니다.
이 부력의 크기는 그 물체와 같은 부피의 물의 무게와 같고, 방향은 중력과 반대방향이 됩니다. 다시 말하면 부력은 깊이에 따른 수압의 차이 때문에 생기는 것으로 물체의 부피가 클수록 커지며, 물보다는 바닷물에서 더 크고, 바닷물보다는 수은 속에서 더 큽니다.

부력의 원리 때문입니다. 고대 그리스의 학자였던 아르키메데스가 왕관이 순금으로 만들어진 것인가를 알아내라는 왕의 명령에 따라 며칠을 고심하다가 욕조에 들어가던 중 물이 넘치는 것을 보고 부력의 원리를 발견했다고 전해집니다. 물체를 물 속에 넣으면 그 물체와 같은 부피의 물의 무게만큼 가벼워진다는 게 부력의 원리입니다.

배가 물에 뜨는 원리도 이와 동일합니다. 부력의 크기는 그 물체가 밀어낸 물의 무게와 같으며 물체가 물에 잠긴 부분의 중심, 즉 부심을 통해 중력과 반대 방향으로 작용합니다. 부력은 물 속에 잠긴 물체의 무게만큼 발생하지만 물체가 물에 닿는 면적이 넓을수록 잘 뜰 수 있습니다.

만약 물체의 무게가 같은 부피의 물 무게보다 작으면 그 물체는 가라앉지 않는데, 이는 부력이 물체의 무게보다 크기 때문입니다. 이 원리를 이용하여 배가 밀어내는 물의 무게보다 배의 무게를 더 가볍게 만들면 배는 물에 뜰 수 있습니다.