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수천 톤이나 되는 강철로 만든 배가 어떻게 물에 뜰 수 있는 거죠?

그리스의 수학자 아르키메더스는 2200년 전 어느날 목욕을 하다 가 부력의 원리를 발견했다. 이것이 바로 수천 톤이나 되는 강 철 배가 물에 뜨는 원리입니다. 그는 욕탕에 몸을 담그면서 자 기 몸 때문에 넘쳐나는 물을 보고 순간적으로 자기 체중과 넘 친 물의 양 사이에 어떤 관계가 있다는 것을 깨닳습니다. 그러 나 아르키메데스는 당시 배 문제를 생각하고 있지는 않았다. 당시 왕이 가지고 있는 새 왕관이 순금으로 된 것인지 은이 섞 였는지 알고 싶어했습니다. 아르키메데스는 그 금관에 은이 섞 여 있으면 같은 무게의 순금 왕관보다 부피가 더 클 것이라고 생각했습니다. 은은 금보다 밀도가 높지 않기 때문이지요. 그 는 넘친 물의 양을 측정해서 얻은 왕관의 부피와 동일한 물의 금 그리고 은의 부피를 비교해서 그 금관이 순금으로 되어 있 지 않다고 보고 했답니다. 아르키메데스는 더 실험을 해서 유체 속에 담긴 물체는 대체된 유체의 무게와 같은 크기의 부력을 받는다는 것을 알아냈지요. 물에 잠긴 부분의 체적과 같은 체적의 물의 무게가 부력이다. 수천톤이나 되는 강철 배도 안에는 비어 있기 때문에 비어 있 는 부분을 모두 포함하여 물에 잠긴 부분은 그 부피만큼 물을 밀어내므로 밀어낸 물의 부피의 무게가 전체의 배 무게보다 크 므로 배가 뜨는 것이다. 물고기들도 그들이 가지고 있는 부레를 이용하여 부레 속의 공 기의 양을 조절하여 뜨기도 하고 가라앉기도 한다. 부레 속의 공기의 양이 적으면, 그 만큼 부피가 줄어서 밀어낸 물의 양이 적고, 부력이 적어서 가라 앉을 수가 있다. 나무는 물의 밀도보 다 작기 때문에 뜨지만, 철은 물의 밀도보다 크므로 가라앉는 다. 속이 찬 철은 이것이 밀어낸 물의 부피의 무게보다 훨씬 더 무거우므로 가라 앉는다. 그러나 나무는 이 나무가 밀어낸 물의 부피의 무게보다 가벼워서 뜬다. 익은 만두가 물에 뜨는 것은? 만두를 솥에 넣었을 때, 속이 가득 차 있기 때문에 만두의 밀도 (단위 부피당 질량)는 물보다 높다(물의 밀도는 1g/㎤). 만두 가 밀어 내는 물의 무게는 비록 자신의 부피와 같지만 만두의 무게가 밀어낸 물의 무게보다 크다. 즉, 만두가 받는 부력은 만 두의 무게보다 작기 때문에 만두가 아래로 가라앉게 되는 것이 다. 열을 계속 가열하게 되면 만두 속에 포함되어 있던 수분이 기화하기 시작한다. 그런데 만두의 껍질은 비교적 단단하고 또 바깥은 물로 둘러싸 여 있기 때문에 수증기가 쉽게 빠져나가지 못하게 된다. 수증기 는 만두 속에서 밖으로 밀치기 때문에 만두는 통통하게 부풀어 오르게 된다. 만두의 부피는 더욱 커지고 속에는 수증기를 포함 하고 있기 때문에 만두의 밀도는 물보다 작아지게 된다. 이때 만두는 자신의 무게보다 더 큰 부력을 받게 되어 위로 떠오르 게 될 뿐만 아니라 만두의 일부분이 물위로 치솟게 되는 것이 다.
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