왜 물속에서는 물체가 가벼워질까? 중력과 부력의 관계

물에서는 중력이 사라지는 걸까?

물속에서 몸을 담그면 평소보다 가벼운 느낌이 듭니다. 어떤 물체는 물에 가라앉지 않고 떠오르기도 합니다. 마치 물속에서는 중력이 없는 것처럼 보이는데, 정말 물속에서는 중력이 작용하지 않는 걸까요?

 

사실 중력은 물속에서도 동일하게 작용하지만, ‘부력’이라는 또 다른 힘이 함께 작용하기 때문에 물체가 떠오르는 것처럼 보이는 것입니다. 중력과 부력의 관계를 이해하면 물속에서 가벼워지는 이유를 쉽게 알 수 있습니다.

 

 

1. 물속에서도 중력은 여전히 작용한다

중력은 지구에 있는 모든 물체에 작용하는 힘으로, 물속에서도 동일하게 아래 방향으로 작용합니다.

• 물속에 있는 물체도 중력의 영향을 받아 아래로 당겨지지만, 중력과 반대 방향의 ‘부력’이 함께 작용하기 때문에 마치 중력이 사라진 것처럼 보이는 것입니다.
• 공기 중에서는 중력만 작용하기 때문에 물체가 자유롭게 떨어지지만, 물속에서는 중력과 부력이 서로 반대 방향으로 작용하며 힘의 균형을 이루게 됩니다.

 

 

2. 부력이 중력과 반대 방향으로 작용하는 원리

부력은 아르키메데스의 원리에 의해 설명됩니다.

• 부력의 정의
  • 부력은 물체가 밀어낸 물의 무게만큼 위로 작용하는 힘입니다.
  • 즉, 물에 들어간 물체가 밀어낸 물의 양이 많을수록 더 큰 부력이 발생합니다.
• 부력과 중력의 관계
  • 물속에서는 중력(아래 방향)과 부력(위 방향)이 동시에 작용합니다.
  • 만약 부력이 중력보다 크다면 물체는 떠오르고, 중력이 부력보다 크다면 가라앉습니다.
  • 부력과 중력이 같다면 물체는 물속에서 일정한 높이를 유지하며 떠 있게 됩니다.

 

 

3. 물에 뜨는 물체와 가라앉는 물체의 차이

어떤 물체는 물에 뜨고, 어떤 물체는 가라앉습니다. 이는 물체의 밀도와 관련이 있습니다.

• 밀도가 물보다 작은 물체 → 뜬다
  • 나무, 스티로폼, 플라스틱 같은 물질은 밀도가 물보다 낮아 부력이 중력보다 크므로 물에 뜹니다.
  • 사람도 체지방이 많은 경우 밀도가 낮아 물에 쉽게 뜨는 반면, 근육량이 많은 경우 가라앉을 수도 있습니다.
• 밀도가 물보다 큰 물체 → 가라앉는다
  • 철, 돌 같은 물질은 밀도가 물보다 높아 중력이 부력보다 크므로 물속으로 가라앉습니다.
  • 하지만 같은 철로 만든 배는 내부가 비어 있어 전체 밀도가 낮아지면서 물에 뜰 수 있습니다.

 

 

물속에서도 중력은 여전히 작용한다

물속에서 물체가 가벼워 보이거나 떠오르는 이유는 중력이 사라졌기 때문이 아니라, 중력과 반대 방향으로 작용하는 부력이 존재하기 때문입니다.

• 물속에서도 중력은 그대로 작용하지만, 부력이 중력과 균형을 이루면서 물체가 뜨거나 가벼워지는 것처럼 보입니다.
• 밀도가 물보다 낮으면 부력이 커져서 물에 뜨고, 밀도가 높으면 중력이 더 커서 물속으로 가라앉습니다.

따라서 물속에서 중력이 없는 것이 아니라, 부력이라는 힘이 함께 작용하면서 중력의 영향을 덜 받는 것처럼 보이는 것입니다.

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