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물 속의 움직임 `부력` 목록

찻잎을 저을 때, 왜 찻잎이 가운데로 가라앉는 걸까요? 생각해 보면, 원심력이 찻잎을 가장자리로 밀어내야 이치에 맞는 것 같은데 왜 그런 작용이 일어나는지 알아보겠습니다.



우선 물속에서의 움직임을 이해하기 위해서는 유체의 성질을 이해해야 합니다. 물보다 무거운 것들은 물속의 압력이 작용하는 방향으로 움직이지만 물보다 가벼운 것들은 물속의 압력과 반대방향으로 움직입니다. 이런 현상이 일어나는 원인을 보통 부력의 영향이라고 설명합니다. 이런 현상은 일상생활에서 쉽게 관찰되는데 물 속에 돌맹이를 넣으면(물은 중력의 영향으로 고여 있기 때문에 물속의 압력은 바닥쪽으로 작용합니다) 아래로 내려가지만, 나무 조각이나 스티로폼과 같은 가벼운 것들을 넣으면 물위로 떠오르지요. 공기보다 무거운 기체로 풍선을 불면 아래로 가라앉지만 수소와 같이 가벼운 기체로 풍선을 만들면 위로 떠오르지요. 이들이 모두 유체의 성질에 의한 것입니다. 그럼, 찻잔을 저어서 생기는 찻잔 속의 물의 움직임을 살펴봅시다. 위에서 봤을 때 시계방향으로 돌려주면 물은 시계방향으로 돌게 되는데 소용돌이 모양을 하지요. 찻잔을 옆에서 보면, 물은 위에서는 벽쪽으로 향하고 찻잔 벽면에서는 아래로 내려와서 중심에서 위로 올라가는 모양입니다. 이런 물의 흐름 속에서 물보다 무거운 것들은 아래로 내려와 소용돌이 중심에 모입니다. 왜 그러냐면, 우선은 물보다 무거우니까 아래로 모일 것이고, 찻잔 아랫부분은 위에서 이야기한대로 소용돌이 중심으로 모이는 방향으로 물이 흐르기 때문에 중심으로 모이는 것입니다. 이들은 물보다 무겁기 때문에 소용돌이 중심에서 물과 함께 솟아오르지 못하고 그곳에 계속 모여 있는 것이죠. 또, 물보다 가벼운 것들은 물의 표면에서 소용돌이 중심으로 모입니다. 표면에서 물의 흐름은 소용돌이 중심에서 솟아올라 벽면으로 향해서 흘러가다가 벽면에서 아래로 내려가는 방향이죠. 그런데, 위에서 이야기한 것대로 물보다 가벼운 것들은 물 속에서 작용한 압력과 반대방향으로 움직이기 때문에 물위에 떠 있는 것들은 물의 흐름과 반대로 벽면에서 소용돌이 중심으로 움직입니다. 이렇게 움직인 것들은 물보다 가볍기 때문에 물 속으로는 들어가지 못하여 중심에 모여 있는 것입니다. 그런데, 물이 움직이는 것과 물속의 압력의 방향이 항상 같은 것은 아닙니다. 처음에 강하게 물을 저어줘서 물이 움직일 때는 물 속에서 작용하는 압력과 물의 흐름은 같아지다가 나중에 압력이 없어지더라도 물은 계속 흐를수는 있지요. 그래서, 찻잔을 막 저어 줄때는 표면의 물질들은 중심으로 모이다가 물 속의 압력이 사라지고 물의 흐름만 있을 때는 중간에 모였던 것들도 벽쪽으로 움직이기도 합니다.

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