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물고기와 잠수함

영화 타이타닉을 보면 배의 침몰과정을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현하는 장면이 나옵니다. 물 위에 떠 있던 배는 빙산과의 충돌로 공기가 채워져 있던 배 밑창으로 물이 들어오자 부력을 잃고 한 쪽이 물 속으로 기울다가 물위로 치솟은 반대쪽 부분까지 무게를 이기지 못하고 부러져서는 바다 속으로 가라앉고 마는 것입니다. 물보다 비중이 높은 철로 만든 배가 떠 있을 수 있는 것은 체적의 대부분을 공기로 채우고 있어서 공기를 포함한 비중이 물보다 낮기 때문입니다.

그러나 사고로 배에 물이 들어오게 되면 배를 만든 재료와 물을 합한 평균 비중이 물보다 커지므로 배는 가라앉게 됩니다. 즉, 물보다 비중이 작으면 뜨고 크면 가라앉는 것입니다. 그렇다면 물고기는 어떻게 적당한 깊이에서 헤엄을 칠 수 있는 것일까요? 바다 물위에서의 기압은 1기압이지만 바다 속으로 들어가게 되면 물의 무게 때문에 10m씩 내려갈 때마다 1기압씩 압력이 더해집니다. 압력이 커지면 그 위치에 있는 물은 압축되어 아주 작은 양이지만 비중이 커지게 됩니다. 실제로 그 커지는 정도는 가장 깊은 바다 속이라고 알려진 11,000m 깊이에서도 5% 정도에 불과합니다. 하지만 깊이에 따라 조금씩이나마 달라지는 물의 비중 때문에 두 발을 땅에 딛지 않고 물 속에 떠서 생활하는 생명체가 존재할 수 있습니다. 비중이 수면에 있는 물보다는 크지만 어느 깊이에 있는 물보다 작다면 그 사이에 떠 있을 수 있기 때문입니다. 물고기는 자신이 헤엄치는 작은 깊이 변화 범위에서 물의 비중이 변하는 차이만큼 자신의 비중도 조절하여 주위의 비중과 같도록 만들어 주는 기능을 가지고 있습니다. 공기주머니라고도 하는 부레에 평소에는 일정한 양의 공기를 채우고 있다가 위아래로 움직일 때는 공기를 더 넣거나 빼 줍니다. 물 속에서 주로 움직이는 잠수함도 물고기의 부레와 비슷한 기능을 하는 밸러스트 탱크가 있습니다. 대개 잠수함 선체를 싸고 있는 두 겹의 철판 사이에 위치한 이 탱크에 물을 채우면 잠수함은 가라앉고, 압축공기를 이용해 물을 밖으로 몰아내고 공기를 채우면 물위로 떠오르게 되는 것입니다. 오늘은 부력에 대해서 말씀을 드렸습니다.  

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