부력 (浮力) 이란 ?

1. 부력 (浮力) 이란 ?

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▣ 물체를 둘러 싸고 있는 유체가 그 물체를 위로 들어 올리려 하는 힘을 말한다.

 ※ 아르키메데스의 법칙

  ⊙ 물체가 유체에 잠기는 상황에서 그 잠긴 부피 만큼 유체를 밀어낸다.

       그리고 그 물체가 받는 부력의 크기는 그 물체가 잠긴 만큼의 부피에 해당하는 만큼의 부피에 해당하는 유체의 무게와

       동일하다.

 

  ▣ 유체 속에 있는 물제는 모든 방향에서 압력을 받게 된다. 그런데 수평방향에서 받는 힘은 양쪽 방향에서 동일한 힘을

       받게 된다. 따라서 수평방향은 평형을 이룬다.

  ▣ 반면, 수직방향의 압력은 깊이에 따라 차이가 발생한다. 즉, 수심이 깊을 수록 압력을 더 받게 되어 물체의 하부에 작용

       하는 압력(힘)이 물체의 상부에 작용하는 압력(힘) 보다 크게 된다. 물체가 직육면체이고 물체 상부의 면적을 A라고

       하면 물체 상부에 작용하는 힘은 F = P A가 된다. 이 때 물체 상부에서 작용하는 힘과 하부에서 작용하는 힘의 차이를

       부력이라고 하고 다음과 같은 식이 성립한다.​

【 물체가 유체에 일부만 잠긴 경우 부력 】

 

  ▣ 물체가 유체에 떠 있다는 것은 물체의 무게와 부력이 평형을 이룬다는 것이다.

       따라서 부력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.​

【 출제 예상 문제 】

1. 공기 중의 무게가 941 [N]인 둘의 무게가 물속에서 500[N]이면 돌의 체적은 몇 [㎥]인가? 단, 공기의 부력은 무시한다.

  ▣ 부력 = 941 -500 = 441 [N]​

2. 체적 0.2 [㎥] 인 물체를 물에 잠겨 있게 하는데 300 [N]의 힘이 필요하다. 만약 이 물체를 어떤 유체 속에 잠겨 있게 하는

    데 200 [N]이 필요하다면 이 유체의 비중은 얼마인가 ? 단, 물의 밀도는 1,000 [㎏/㎥] 이다.

 

 

[풀이]

  물의 무게 = 물체의 무게 + 300 [N], 물체의 무게 = 물의 무게 - 300 [N]

  유체 무게 = 물체의 무게 + 200 [N], 물체의 무게 = 유체 무게 - 200 [N]

    ∴ 물의 무게 - 300 [N] = 유체의 무게 - 200 [N]

             9,800 × 0.2 - 300 = 9,800S × 0.2 - 200

             S = (9,800 × 0.2 - 300 + 200 ) ÷ 9,800 × 0.20 = 0.95

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3. 어떤 물체가 공기중에서는 무게가 588 [N]이고 수중에서는 무게가 98 [N]이었다.

    이 물체의 체적과 비중은 얼마인가 ?

    부력 FB = 588 [N] - 98 [N] = 490 [N]

    부력 FB = γ · V​

    물체의 비중량 Ws = S × Ww =9,800 × S [N/㎥]

    물체의 중량 (무게) W = 물체의 비중량 × 체적

     588 = 9,800S × 0.05​

4. 체적 0.05 [㎥]인 구 안에 가득찬 유체가 있다. 이 구를 그림과 같이 물 속에 넣고 수직 방향으로 100 [N]의 힘을 가해서

    들어 주면 구가 물속에 절반만 잠긴다. 구 안에 있는 유체의 비중은 얼마인가 ? 단, 구의 두께와 무게는 모두 무시할

    정도로 작다.

 

 물체의 무게 = FB + 100 [N]​

5. 체적이 10 [㎥]인 기름의 무게가 30,000[N] 이라면 이 기름의 비중은 얼마인가 ?  단, 물의 밀도는 1,000[㎏/㎥] 이다.​

6. 비중이 0.4인 나무 조각을 물에 띄우면 전체 체적의 몇 [%]가 물 속에 가라안겠는가 ?

   부력 = 물체가 밀어 낸 유체의 체적

   9,800 [N/㎥] × V1 (잠긴 부피) = γ × V (전체 부피)

   9,800 [N/㎥] × V1 (잠긴 부피) = 0.4 × 9,800 [N/㎥] × V (전체 부피)​

7. 부력의 작용점에 관한 설명으로 옳은 것은 ?

   ▣ 물 속에 잠겨진 물체의 체적의 중심에 있다.

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