수천 톤에 달하는 거대한 철제 선박이 깊은 바다 위에 가라앉지 않고 떠 있을 수 있잖아요. 어떻게 그렇 수 있는지 선박에 작용하는 중력과 부력의 관계로 설명해 주세요.

Question

수천 톤에 달하는 거대한 철제 선박이 깊은 바다 위에 가라앉지 않고 떠 있을 수 있잖아요. 어떻게 그렇 수 있는지 선박에 작용하는 중력과 부력의 관계로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

거대한 철제로 만든 선박이 물에 뜨는 원리는 선박을 아래로 당기는 중력과 위로 밀어올리는 부력이 완벽한 균형을 이루고 있기 때문입니다. 철은 물보다 훨씬 무겁지만, 배 내부를 공기로 채워 전체 부피를 증가시켜 중력을 상쇄할 만큼의 부력을 만들어냅니다. 이와 관련하여 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.

배가 바다에 떠 있을 때, 선박이 수면 아래로 잠긴 부피만큼의 바닷물 무게는 배 전체의 무게와 정확히 같습니다. 잠긴 부피가 늘어날수록 부력이 커지다가 중력과 크기가 같아지는 지점에서 정지하여 떠 있게 됩니다. 선체 파손 등으로 내부의 빈 공간에 물이 차면 공기 밀도가 물의 밀도로 대체되어 선박의 총 무게가 급증하여, 밀어낼 수 있는 물의 최대 부력을 중력이 초과하면 배는 가라앉습니다.

순수한 철의 밀도는 물의 약 7.8배에 달하지만, 배는 내부가 트여 있는 껍질 구조입니다. 밀도가 거의 0에 가까운 공기가 내부 부피의 대부분을 차지하므로 선박의 평균 밀도는 물의 밀도보다 작아집니다.