어린 시절 색종이로 종이배 만들어서
물장난치며 놀았던 기억 다들 있으실 텐데요~
그냥 종이는 금세 가라앉는데,
종이배는 어떻게 오랫동안 물에 떠 있는 걸까요?
또 쇳덩어리는 바로 물에 가라앉는데
쇠로 만든 배는 어떻게 바다에 떠서 세계를 누비고 다닐까요?
똑똑한 바다, 오늘은 배가 가라앉지 않고
물에 뜰 수 있는 원리에 대해 알아볼게요.

배가 물에 뜰 수 있는 원리를 알기 위해서는
먼저 부력이란 걸 알아야 해요.
고대 그리스의 수학자이자 물리학자인
아르키메데스가 발견한 부력은 동일한 부피를 갖는 물과
같은 무게가 될 때까지 물에 떠 있게 되는 현상으로,
물과 같은 유체가 물체를 위로 밀어 올리는 힘을 말하는 데요.
중력과 반대로 물체를 위쪽으로 미는 방향으로 작용하는 힘이에요.
쇠는 물에 가라앉지만, 배는 물에 가라앉지 않는 건
배를 구성하는 쇠와 내부 공간의 중량의 총합이
동일한 부피의 물보다 가볍기 때문인데요.
배의 무게만큼 중력이 배를 아래에서 끌어당기지만
중력과 반대인 부력이 그 힘만큼 위로 올리기 때문에
배가 무겁다 해도 가라앉지 않는 거죠.

부력의 크기는 간단한 실험으로도 직접 확인할 수 있는데요.
물이 가득찬 그릇에 사과를 넣어 넘친 물의 양을 측정하면,
그 넘친 물의 양 만큼이 바로 사과에 작용한 부력이에요.
즉 사과의 무게가 같은 부피의 물보다 무겁지 않으면
부력이 발생해 물에 뜨게 됩니다. 이런 방법으로 배의 부력도 잴 수 있는데요.
배에 짐을 가장 많이 실었을 때에도 동일한 부피의 물보다
충분히 가벼워서 가라앉지 않도록 화물의 양을 정한다고 해요.

그렇다면 물에 뜬 배는 어떻게 거친 파도 속에서
중심을 잃지 않고 항해가 가능할까요?
배에는 오뚝이처럼 무게 중심을 낮게 유지해서
파도에도 배가 넘어지지 않고 중심을 잡도록 해주는 평형수라는 것이 있어요.
선박 평형수는 큰 파도가 치는 바다에서도
배가 넘어지지 않고 항해할 수 있도록 해주고,
화물을 싣지 않은 배의 추진기가 물속에 충분히 잠겨서
추진력을 얻도록 해주는 역할을 해요.
평형수는 배의 아래 부분이나 양 옆에 위치해서
물을 채우게 되면 외줄위의 곡예사가 긴 장대를 이용해
중심을 잡듯 배가 바다에서 중심을 잡고 앞으로 나아가게 해 줍니다.

배가 물에 떠 있을 수 있도록 해주는 부력의 중심점은
배와 화물의 무게 중심보다 낮게 위치하게 되는데요,
그래서 배가 오뚝이처럼 파도에 흔들려도 넘어지지 않고
바로 서려는 힘을 복원력이라고 해요.
재미있는 것은 물속에서 항해하는 잠수함은
물위에 있는 배와 반대로 부력의 중심점이
배와 화물의 무게중심보다 높게 위치하고
그 성질을 유지하려는 복원력이 생겨요.

배가 바로서려는 힘인 복원력이 큰 선박은
파도가 치는 바다에서도 안전하게 항해를 할 수 있는데요,
승용차와 화물차의 승차감이 다른 것처럼
선박도 사람이 많이 타는 여객선과 화물 운송이 목적인 화물선은
서로 다른 특성의 복원력을 갖도록 설계해요

이렇게 보면 트럭에 너무 많은 짐을 높게 쌓고 달리면
위험한 것처럼 배가 동일한 부피의 물보다 무겁지 않도록
적정하게 화물을 싣는게 중요하겠지요?
또 바다에서 배가 넘어지지 않고 오뚝이처럼 서 있으려면
평형수를 활용해서 무게중심을 낮게 유지하는 일이 중요하겠지요?
그래서 모든 배는 파도가 치는 바다에서도 가라앉거나
넘어지지 않도록 실을 수 있는 화물의 양과
평형수 사용에 대한 규칙을 법으로 정해서 안전하게 운항해요.

부력과 복원력은 배가 큰 파도가 치는 바다에서도
안전하게 사람과 화물을 옮길 수 있는 힘이랍니다.
여기서 한 가지 더! 배의 바닥이 뾰족한 모양인지 그 이유를 아시나요?
이 또한 배의 안전한 항해를 위한 과학적인 원리가 숨어 있는데요.

배가 떠 있는 물은 평평하게 고정된 바닥이 아니기 때문에
바닥이 넓적하면 흔들리는 물의 영향을 크게 받게 되요.
그래서 배의 바닥을 뾰족하게 해서 파도의 영향은 적게 받으면서도
무게중심을 낮게 만들어서 오뚝이처럼
물위에서 넘어지지 않고 바로서도록 한답니다.
꼭 낚시할 때 찌처럼 말이지요.

배 한척이 안전하게 뜨기 위해 지구의 중력부터 배의 모양까지.
이 정도면 배를 과학의 결정체라고 해도 충분하지 않을까요?
똑똑한 바다, 오늘은 배가 물에 뜨는 원리에 담긴
여러 과학적인 사실을 알아봤습니다.
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