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 표면장력과 부력의 다른점?

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RE : RE:?

호기심지* 2011-09-05

표면장력 - 표면에는 분자간에 작용하는 힘에 의해 수축하려는 힘이 작용하고 있습니다. 단위 길이당의 이 힘을 표면장력이라 합니다. 바꾸어 말하면 단위 표면적에 대해서 표면에 존재하는 자유 에너지를 말합니다. 액체의 표면장력은 표면장력계로 측정할 수 있으나 고체 표면에 대해서는 일반적 측정법은 없습니다. 표면장력은 흡착에 의해 변화합니다. 표면장력의 세기는 액면에 가정한 단위 길이의 선의 양쪽에 작용하는 장력에 의해 표시됩니다. 그 값은 액체의 종류에 따라 결정되는 상수이지만, 온도에 따라서도 변합니다. 예를 들면 수은의 표면장력은 487(15℃), 물은 72.75(20℃), 알코올은 22.3(20℃)으로 물질에 따라 상당한 차가 있으며 그 값은 온도가 올라감에 따라 감소합니다. 또 어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면 그 액체의 표면장력을 감소시키는 작용이 있습니다. 표면장력이 생기는 원인은 액체의 분자 간 인력의 균형이 액면 부근에서 깨어지고, 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크고, 이 때문에 액체가 전체로서 표면적에 비례한 에너지(표면 에너지)를 가지기 때문입니다. 이것을 될 수 있는 대로 작게 하려고 하는 작용이 표면장력으로 나타납니다. 따라서 표면장력은 단순히 액체의 자유표면뿐만 아니라 섞이지 않는 액체의 경계면, 고체와 기체, 고체와 고체의 접촉면 등, 대체로 표면의 변화에 대한 에너지가 존재할 때 생기는 현상입니다.


이 때문에 표면장력 대신 계면 장력(界面張力)이라고도 합니다.


 


부력 - 쉽게 말하면 물에 뜨려는 힘을 말합니다. 부력의 크기는 유체 속에 있는 물체의 부피와 같은 부피를 가진 유체의 무게와 같으며, 아르키메데스가 발견했기 때문에 여기에 관계된 원리를 아르키메데스의 원리라고도 합니다. 부력의 작용점은 물체가 밀어낸 부분에 유체가 있다고 가정했을 때의 무게중심과 일치합니다. 이 작용점을 부력중심(또는 부심)이라 하며, 부체(떠 있는 물체)가 기울어져 있을 경우의 복원력을 결정하는 중요한 요소입니다.
어떤 물체의 무게가 부력보다 크다면 그 물체는 가라 앉을 것입니다. 반대로 부력이 무게보다 크다면 그 물체는 물에 뜰 것입니다. 철 젓가락은 물에 가라앉지만 나무 젓가락은 물에 뜨는 이유는 철 젓가락의 경우 중력이 부력보다 크고, 나무 젓가락은 중력보다 부력이 크기 때문입니다. 철로 만든 배가 뜨는 이유는 물에 잠기는 부피를 크게 설계하였기에 배의 무게보다 더 큰 부력을 만들었기 때문입니다. 일반적으로 물보다 비중이 큰 쇳덩어리와 같은 물체는 물에 가라앉고, 발포스타이렌수지(스티로폼)처럼 물보다 가벼운 물질은 잘 뜹니다. 물에서 뜨려고 하는 성질을 양성부력(positive buoyancy), 가라앉으려는 성질을 음성부력(negative buoyancy), 물과 비중이 비슷하여 뜨지도 가라앉지도 않는 상태를 중성부력(neutral buoyancy)이라고 합니다.



 

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