부력
부력 (浮力, buoyancy)은 유체(액체 또는 기체) 속에 잠긴 물체가 유체로부터 받는 중력의 반대 방향으로 작용하는 힘이다. 즉, 물체를 뜨게 하거나, 뜨는 것을 돕는 힘을 말한다.
개요
부력은 물체가 유체에 잠긴 정도에 따라 크기가 결정된다. 물체가 유체에 완전히 잠긴 경우, 부력은 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같다. 이를 아르키메데스의 원리라고 한다. 부분적으로 잠긴 경우, 부력은 잠긴 부분만큼 밀어낸 유체의 무게와 같다.
부력의 원리
부력은 유체의 압력 차이로 인해 발생한다. 유체 속에서 깊이가 깊어질수록 압력이 증가하는데, 물체의 아래쪽 면이 받는 압력이 위쪽 면이 받는 압력보다 크기 때문에, 위쪽 방향으로의 알짜힘이 발생하게 된다. 이 알짜힘이 부력이다.
부력의 크기
부력의 크기는 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다.
- FB = ρVg
여기서,
- FB는 부력의 크기
- ρ는 유체의 밀도
- V는 물체가 밀어낸 유체의 부피 (잠긴 부분의 부피)
- g는 중력 가속도
부력의 응용
부력은 다양한 분야에서 활용된다.
- 선박: 선박은 부력을 이용하여 물에 뜬다. 선박의 무게가 밀어낸 물의 무게와 같아지도록 설계된다.
- 잠수함: 잠수함은 부력을 조절하여 잠수하거나 부상한다. 밸러스트 탱크에 물을 채우거나 비워 부력을 조절한다.
- 기구: 기구는 뜨거운 공기나 헬륨과 같은 가벼운 기체를 이용하여 부력을 얻는다.
- 수영: 수영을 할 때, 몸의 밀도를 낮추거나 물을 밀어내어 부력을 얻는다.
관련 개념
- 아르키메데스의 원리
- 밀도
- 유체역학