부력이라는것은 물속 깊이 들어갈수록 힘이 쎄지나요?
우리가 물속 깊숙히 들어가게 되면 물의 압력이 증가하는것으로 알고 있는데요
부력이라는것도 물속 깊숙하게 들어가면 힘이 증가하는지 궁금 합니다.
안녕하세요.
물리법칙과 수식을 기반으로 설명드리겠습니다. 부력(浮力 ; buoyant force)은 유체 속에 잠긴 물체가 받는 떠오르는 힘으로, 아르키메데스의 원리(Archimedes` Principle)에 의해 정의됩니다 :
Fₐ = ρVg
여기서, Fₐ는 부력, ρ는 유체의 밀도(kg/m³), V는 잠긴 물체의 부피(m³), g는 중력 가속도(9.81 m/s²)입니다.
이 식을 보면 부력의 크기는 물체가 잠긴 부피(V)에 비례하며, 유체의 밀도(ρ)와 중력 가속도(g)에도 영향을 받습니다. 중요한 점은 물속 깊이에 따라 부력이 증가하는지 여부인데, 이를 정확히 분석하기 위해 물속에서의 압력과 부력의 관계를 고려해야 합니다.
일반적으로 물속으로 깊이 들어갈수록 물의 압력(hydrostatic pressure)은 증가합니다. 정수압은 다음과 같이 표현됩니다.
P = P₀ + ρgh
여기서, P는 특정 깊이에서의 압력, P₀는 대기압ㅡ수면에서의 압력ㅡ, ρ는 물의 밀도, g는 중력 가속도, h는 물속에서의 깊이입니다. 이는 깊이가 증가할수록 압력은 선형적으로 증가하는 것을 뜻합니다. 하지만 부력은 물체가 잠긴 부피(V)에만 의존하며, 깊이에 따라 직접적으로 변하지 않습니다.
부력이 작용하는 원리는 물체의 상부와 하부에서 작용하는 압력 차이에서 원인을 찾을 수 있는데, 깊이 h에서의 압력은 ρgh의 형태로 증가하기 때문에, 물체의 상부와 하부가 받는 압력의 차이는 일정하게 유지됩니다. 따라서 물속에서 깊이 들어가더라도 부력의 크기는 변하지 않습니다. 다만, 물의 밀도(ρ)가 변할 경우에는 부력도 영향을 받을 수 있습니다. 예컨데, 깊은 심해에서는 물의 압축성이 작용하여 물의 밀도가 미세하게 증가할 수 있으나, 일반적인 수심에서는 이 영향이 무시할 수 있는 수준입니다.
결론적으로, 물속 깊이로 들어갈수록 압력은 증가하지만, 부력의 크기는 변하지 않습니다. 부력은 물체가 잠긴 부피(V)와 유체의 밀도(ρ)에 의해 결정되며, 수심(h)과는 직접적인 관련이 없습니다. 위와 같은 내용에 심도 있는 접근을 원하신다면 Fluid Mechanics (Frank M. White, 8th Edition, McGraw-Hill)과 같은 문헌을 추천드립니다.