부력 계산기

부력 계산기는 물체에 작용하는 부력을 구하고, 유체 속에서 뜰지, 가라앉을지, 떠 있을지를 한눈에 알려 줍니다 — 모두 아르키메데스의 원리를 바탕으로 합니다. 유체, 물체의 부피와 질량을 입력하면 부력, 물체 밀도, 정확한 잠김 비율, 겉보기(수중) 무게, 떠 있는 물체가 더 실을 수 있는 여유 하중을 계산하고, 애니메이션 뜨기/가라앉기 탱크 도식으로 보여 줍니다.

부력이란?

부력은 유체 속에 놓인 물체에 유체가 가하는 위쪽 방향의 힘입니다. 이 위쪽 미는 힘은 깊이에 따라 압력이 커지기 때문에 생깁니다. 잠긴 물체의 바닥은 위쪽보다 더 높은 압력의 유체에 있고, 그 차이가 순 위쪽 힘이 됩니다. 물체가 올라갈지 가라앉을지는 이 부력과 물체 무게의 줄다리기입니다.

아르키메데스의 원리

아르키메데스의 원리는 물체에 작용하는 부력이 그 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같다고 말합니다. 식으로 쓰면:

여기서 \( \rho_{fluid} \)는 유체 밀도(kg/m³), \( V_{displaced} \)는 밀어낸 유체의 부피(m³), \( g \)는 중력 가속도(지구에서 9.81 m/s²)입니다. 물체가 완전히 잠기면 밀어낸 부피는 곧 물체 자신의 부피입니다.

뜰까, 가라앉을까?

판정은 단 하나의 밀도 비교로 결정됩니다. 힘의 평형 양쪽 모두에 부피와 중력이 나타나 상쇄되기 때문입니다:

• 뜸 — 물체 밀도가 유체 밀도보다 작음 (\( \rho_{obj} < \rho_{fluid} \)).
• 가라앉음 — 물체 밀도가 유체 밀도보다 큼 (\( \rho_{obj} > \rho_{fluid} \)).
• 중성 부력 — 밀도가 같아서 어느 깊이에서든 떠 있음.

빙산의 약 90%가 수면 아래에 숨는 이유도 이 때문입니다. 얼음(≈917 kg/m³)은 해수(≈1025 kg/m³) 밀도의 대략 92%입니다.

수중 겉보기 무게

잠긴 물체는 부력이 무게의 일부를 받쳐 주기 때문에 더 가볍게 느껴집니다. 물속에서 저울이 가리키는 값이 겉보기 무게입니다:

바로 이 효과로 아르키메데스가 왕의 왕관이 순금인지 검증했다고 전해집니다. 금 왕관과 같은 질량의 은이 섞인 왕관은 밀어내는 물의 부피가 달라 겉보기 무게의 감소량이 다릅니다.

대표적인 밀도

부력에 영향을 주는 요인

이 계산기 사용 방법

1. 유체 선택: 민물, 해수, 기름 같은 프리셋을 고르거나 kg/m³ 단위로 사용자 지정 유체 밀도를 입력하세요.
2. 물체 입력: 물체의 부피와 질량을 입력하고 각 단위를 선택하세요(cm³, L, kg, lb 등).
3. 중력 설정 (선택): 지구의 9.81 m/s²를 유지하거나 달, 화성, 목성, 금성으로 바꾸세요.
4. 계산하기 클릭: 뜨기/가라앉기 판정, 부력, 잠김 비율, 여유 부력을 확인하고, 애니메이션 탱크 도식과 함께 단계별 계산을 따라가 보세요.

자주 묻는 질문

부력이란 무엇인가요?

부력은 유체 속에 놓인 물체에 유체가 가하는 위쪽 방향의 힘입니다. 아르키메데스의 원리에 따르면 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같으며, 부력 = 유체 밀도 × 밀어낸 부피 × 중력 가속도로 계산합니다.

물체가 뜰지 가라앉을지 어떻게 알 수 있나요?

밀도를 비교하세요. 물체가 유체보다 밀도가 작으면 뜨고, 더 크면 가라앉으며, 밀도가 같으면 중성 부력으로 어느 깊이에서든 떠 있습니다. 부피와 중력은 상쇄되므로 밀도만으로 판정이 결정됩니다.

부력은 어떻게 계산하나요?

부력 F_b = ρ × V × g 이며, ρ는 유체 밀도(kg/m³), V는 잠긴 부피(m³), g는 중력(m/s²)입니다. 물체가 완전히 잠기면 V는 전체 부피이고, 뜰 때는 자신의 무게와 같아질 만큼의 유체만 밀어냅니다.

떠 있는 물체의 얼마가 물속에 잠기나요?

잠김 비율은 물체 밀도를 유체 밀도로 나눈 값과 같습니다. 얼음 밀도는 약 917 kg/m³, 물은 약 1000 kg/m³이므로 빙산의 약 92%가 수면 아래에 있고 8%만 위로 드러납니다.

수중 겉보기 무게란 무엇인가요?

겉보기 무게는 물체가 잠겼을 때 저울이 가리키는 값입니다. 물체의 실제 무게에서 부력을 뺀 값과 같습니다. 그래서 무거운 물체도 물속에서는 더 가볍게 느껴지며, 아르키메데스가 왕의 금관을 검증할 때 이용한 효과이기도 합니다.

중력이 뜨고 가라앉는 것을 바꾸나요?

아니요. 무게와 부력 모두 중력에 비례하므로 달, 화성, 지구에서 뜨기/가라앉기 판정은 동일합니다. 힘의 크기만 달라지며, 이 계산기에서 중력을 바꿔 다른 천체에서의 힘을 볼 수 있는 이유입니다.

추가 자료

• 부력 - Wikipedia
• 아르키메데스의 원리 - Wikipedia