부력과 밀도 관계 - bulyeoggwa mildo gwangye

비중 : 어떤 물체의 무게와 이와같은 부피의 섭씨4도의 물의 무게와의 비(比)
밀도 : 빽빽이 들어선 정도
부력 : 물체를 물에 뜨게하는 물의 힘
====== 기체나 액체속에 있는 물체가 그 표면에 작용하는 압력에 의해서 중력에 반하여 위쪽으로 뜨게 되는 힘

부력
'물이 깊어야 큰배도 띄운다' 는 속담은 역량이 큰 사람이라야 큰 일을 한다는 뜻으로 쓰인다. 나무 조각을 물에 던지면 뜬다. 나무 조각의 바닥에 작용 위로 향하는 힘(부력)이 윗면에 작용하는 아래로 향하는 힘(나무 조각 무게)보다 크기 때문이다. 돌멩이를 물이 가득 담긴 비커에 넣었을 때 넘치는(밀어내는)물의 무게가 바로 부력의 크기다. 나무는 밀도가 물보다 낮기 때문에 뜬다. 반면 돌멩이는 밀도가 물보다 높기 때문에 가라앉는다. 돌멩이를 호수에 던지면 돌멩이가 가라 않는 깊이와 상관없이 부력의 크기는 일정하다. 물의 밀도란 물의 깊이와 관계없이 일정하며 돌멩이가 밀어내는 물의 부피도 깊이와 관계없이 똑같기 때문. 같은 이치로 물이 깊다고 배가 더 잘 뜨는 것은 아니다. 악어는 돌덩이를 삼켜 자신의 밀도를 높인다. 커다란 악어의 뱃속에서 4~5Kg나 되는 돌멩이가 발견되곤 하는데 이렇게 하면 수면 바로 밑을 헤엄칠 수 있어 자신을 덜 드러내며 먹이감에게 다가갈 수 있기 때문이다. 옛사람들은 나무로 배를 만들었지만 요즘은 1만t이 넘는 철선들도 바다 위에 곧잘 떠다닌다. 철의 밀도가 물보다 8배정도 크기 때문에 무게 1t의 고철덩어리라면 물 속으로 가라앉을 때 약 8분의1t의 물을 밀어내게 된다. 이땐 부력이 철이 가라앉는 것을 막기에는 턱없이 모자란다. 반면 똑같은 고철 덩어리를 밥그릇 모양으로 만들면 무게는 여전히 1t이지만 그릇을 물 속으로 밀어 넣을수록 이전 보다 더 많은 양의 물을 밀어낼 수 있게 된다. 밀려난 물의 무게가 그릇의 무게와 같아지면 그릇은 더 이상 가라앉지 않고 떠있다. 그래서 1만t정도 되는 배는 1만t의 물을 밀어낼 수 있도록 넓게 건조되는 것이다. 따라서 큰배를 잘 띄우기 위해서는 물의깊이보다 배의 형태가 중요하다. 하지만 배의 바닥이 닿을 정도로 물이 얕다면 배를 띄울 수 없는 것은 당연하니 속담이 틀린 것만은 아니다.

부력
아르키메데스의 법칙은 액체(물) 속에 잠긴 물체는 그 물체의 용적에 상당하는 액체의 무게와 똑 같은 부력을 받는다고 설명하고 있다. 이 법칙을 수영에 적용하면 수영자를 위로 떠받치는 힘은 수영자의 신체가 물 속에 잠긴 부분과 같은 용적의 물의 무게와 같다. 만약 부력이 물 속에 잠긴 신체의 용적의 부피에 비례한다면 수영자의 신체의 크기나 용적은 그의 뜨는 능력의 중요한 요인이 아닐 수 없으나 부력의 요인의 하나는 중량과 용적의 비율이며 다른 요인은 호흡조절, 수심의 평형, 힘풀기 그리고 기술에 대한 지식 등이다.

1. 비중 : 사람의 비중은 그의 체중과 그 사람과 동일한 용적의 물의 중량과의 비율이다. 물의 비중은 1.0이므로 신체의 비중이 1.0보다 작으면 몸이 뜬다. 즉 신체가 자기 무게보다 무거운 물을 밀어내고 수중을 점유했다면 그 몸은 뜰 것이다. 부력은 신체의 형상에 관계가 있다. 뼈나 근육은 지방조직에 비하여 비중이 크기 때문에 골격이 크고 근육이 많은 사람은 비중이 커서 부력이 작아 가라앉게 된다.
2. 평형과 부력의 중심 : 인체는 육상에서 엉덩이 부위의 중심을 기점으로 돌며 수중에서는 가슴부분에 있는 부력의 중심(中心)혹은 지점을 기점으로 돈다. 그 이유는 가슴에는 폐가 있으며 폐에 공기가 차 있을 때에는 그 크기에 비하여 가벼우므로 가슴 부위가 신체에서 가장 부력이 많이 작용하는 곳이 된다. 다리는 뼈와 근육이 많기 때문에 비중이 커서 잘 가라앉으며 또 하나의 이유는 지렛대(lever)의 다리길이가 더 길다는 것이다. 다시 말하면 발끝부터 가슴까지 또는 지점(어깨의 관절)까지의 거리가 길기 때문에 인체의 발끝 쪽 무게를 더 무겁게 만든다. 하체의 비중이 작고(지방조직보다는 크지만), 하체와 동일한 용적의 물의 무게가 하체의 무게보다 크면 부력의 중심은 가슴 부위에서 밑으로 내려간다. 부력의 중심이 동일한 공간을 점유하는 신체의 중심 밑으로 내려갈 때에는 몸은 완전히 평형을 유지할 수 있으며 수영자는 수직자세로 뜰 수 있다. 그러므로 해파리 뜨기 자세가 몸을 가장 잘 뜨게 하는 자세라는 이유를 쉽게 이해할 수 있다. 머리를 물 속에 넣고 사지를 가능한 한 부력의 중심(가슴)에 가깝게 모으며 또한 폐에 공기가 차 있을 때에는 대부분의 사람은 다 뜬다. 이것은 사람이 뒤로 누워서 동작을 하지 않고도 뜰 수 있을 만큼 충분한 부력을 가지고 있음을 배우고 판단하는 가장 손쉬운 방법이다.

사람이 물에 뜨는 원리
수영을 처음 접하는 초보자들은 항상 걱정하는 것이 물에 빠지는 것을 걱정한다. 그러나 원리를 잘 알고 나면 물에 뜨는 것 자체는 그렇게 어려운 것이 아니다. 스쿠버 다이빙시에도 물에 빠지는 것을 걱정할 게 아니라 어떻게 물 속에 편안하게 들어갈 수 있을 것인가를 걱정해야 한다.
실제로 초보자들의 경우 가장 어려움을 겪는 것이 수면에서 수중으로 들어갈 때 입수가 제대로 되지 않아 애를 먹는 경우가 대다수이다
그럼 왜 사람은 물에 뜨게 되어있나, 어떻게 하면 물에서 떠 있을 수 있나를 보자.먼저 부력이라는 것을 알아야 한다
몸무게가 60키로 그램의 사람이 물에 들어가게 되면 그 무게만큼의 부력이 생기게 된다. 그렇다면 사람의 몸무게중 가장 많은 무게가 나가는 부분은 어디일까? 바로 머리이다
그런데 사람이 물에 들어가게 되면 호흡을 하기 위해 의도적으로 머리를 들게 되는데 머리를 들면 상대적으로 어떤 문제가 생길 것인가를 생각해보라. 가장 많은 무게가 나가는 머리를 들게되면 그 만큼 부력은 감쇄될 것이고 또 가장 무거운 머리를 들게되면 그 무게를 감당하기 위해 많은 힘을 써야 한다. 따라서 오랜 시간을 견디지 못하고 결국은 물에 빠져 허우적거리게 된다는 것이다. 그러면 물에 뜨기 위해서는 어떻게 해야 할 것인가. 대답은 간단하다
머리를 물 속에 담그면 된다. 그래서 수영을 할 때 머리를 담구고 전진하다가 호흡할 때도 머리를 들지 말고 옆으로 고개를 돌린 후 다시 물에 머리를 담구라고 하는 것이다.
그렇게 함으로서 두 가지 효과가 얻을 수 있을 것이다. 첫째 물에 대한 저항력이 없어지므로 속도를 내는데 지장이 없을 것이고 장시간 수영을 하드라도 힘이 들지 않을 것이다.
다음으로 우리 몸속에 공기를 많이 보관하고 있는 부분이 허파이다. 허파에는 통상 6리터 이상의 공기를 가지고 있는데 6리터의 공기 량은 엄청난 것이다. 따라서 몸에 힘을 빼고 머리를 뒤로 젓힌채 물에 담그도록 하면 몸은 편안하게 떠있을 수 있다. 다이빙 교육 때에도 이런 교육이 있는데 10분간 생존 수영이라는 것이 있다. 생존 수영을 하다보면 2-3분간은 대개 잘 견디는데 그 이상이 되면 견디지 못하고 허둥거리는 사람들이 많다. 이는 과도한 몸놀림과 몸의 힘을 빼지 않기 때문에 나타나는 현상으로서 몸에 힘을 완전히 빼고 편안하게 머리를 호흡만 할 수 있도록 내놓고 호흡으로 부력을 조절하며 떠있으면 된다.
다음은 호흡 법인데 대개의 사람들이 물 밖에서는 편안히 호흡을 하는데 물 속에만 들어가면 호흡을 정상적으로 하지 못한다. 물에서 하는 호흡은 깊은 호흡을 해야 한다.
얕은 호흡은 그 만큼 빨리 호흡충동을 자극하며 결과적으로 불안함을 느끼게 되고 그래서 호흡은 더 빨라지고 결국은 패닉(공포심)으로 연결되는 수가 많다.
이제 편안한 호흡, 편안한 자세 이것을 갖도록 하기 위해서 노력을 해보면 훨씬 편안하게 물 속에서 적응해 나갈 수 있을 것이다

잠수 물리학에 대한 상식입니다 ^!^
인간이 물 속으로 들어가게 되면 육상과는 전혀 다른 환경에 접하게 된다. 따라서 그 새로운 환경이 인체에 미치는 영향을 이해하고 급격한 환경변화에 따르는 위험을 피하기 위해서는 몇 가지 기초적이고도 예비적인 물리학지식이 필요하다.

압력
압력이란 단위면적당 가해지는 힘을 말하며 그 단위는 kg/cm2, 혹은 p.s.i(Pound per Square Inch)로 표시한다.
1) 대기압
지구를 둘러싸고 있는 기체를 대기라고 부르며 이 대기의 무게로 누르는 힘을 대기압이라 한다. 해면에서의 대기압은 1.033 kg/cm2(14.7p.s.i=760mmHg=1.013bar)이다.
2) 계기압
압력을 재기 위해 압력계를 사용하는데 이 계기는 1대기압을 '0'이라는 숫자로 표시한다.
3) 절대압
절대압이란 대기압 더하기 계기압을 말한다. 즉 사람이 물 속에 있을 때는 수압과 대기압을 더한 만큼의 압력을 받고 있는데, 이때 계기는 수압만을 나타내지만 절대압은 실제 사람이 받고 있는 모든 압력, 즉 수압과 대기압을 더한 것을 말한다.

물의 밀도
밀도란 일정한 부피의 무게를 말하며 g/cc(또는 lb/cu ft(큐빅 피트))로 표시한다. 물은 기체와 달리 압축되지 않으며 수심에 관계없이 밀도가 일정하다. 수압은 물의 무게에 의해 생기므로 수심에 따라 수압은 일정하게 변화한다. 민물의 밀도는 1g/cc이고 바닷물의 밀도는 1/025g/cc이다. 따라서 민물에서는 수심10.3m(34ft)마다, 바닷물에서는 10m(33ft)마다 1대기압씩 증가한다.
0℃, 1기압 아래서 공기 1L의 질량은 1.293g이다. 따라서 물의 밀도는 공기보다 약 773배 높다. 수은의 비중은 액체에서 13.5462(20℃)이다.
5,480m 상공은 2/1 대기압이며,
수면(바다)는 1대기압
수심 10m는 2대기압
수심 20m는 3대기압 이에 따라 바닷물에서는 10m(33ft)마다 1대기압 씩 증가한다.

부력
아르키메데스(Archimedes)원리에 의하면 어떤 물체이든 물에 잠기게 되면 그 물체의 부피에 상당하는 물의 무게만큼 부력을 받게 된다. 어떤 물체가 물에 뜨면 양성부력, 가라앉으면 음성부력, 물 속에서 뜨지도 가라앉지도 않으면 중성부력을 가졌다고 말한다.

기체의 특성
공기는 여러 가지 기체로 혼합되어 있다. 그러나 질소와 산소가 그 대부분을 차지하고 있기 때문에 우리는 흔히 공기의 구성비는 질소 79%, 산소 21%라고 말한다.
1) 질소(N2) : 질소는 공기 중에 가장 많이 함유되어 있는 성분으로써 색깔, 냄새, 맛이 없는 기체이다. 인간의 생명 유지에는 사용되지 않으며 불활성기체이다. 물보다 지방질에 5배정도 더 잘 녹으며, 특히 고압에서는 인체에 마취작용을 일으킨다.
2) 산소(O2) : 산소는 인간이 살아가는데 있어 없어서는 안될 중요한 기체이다. 색깔, 맛, 냄새가 없고 활성기체이며, 질소와 마찬가지로 고압 하에서 인체에 중독효과를 나타낸다.
3) 이산화탄소(CO2) : 이산화탄소는 공기 중에 0.03%를 차지하며 정상적인 농도에서는 색깔, 냄새, 맛이 없으나 농도가 짙어지면 산성의 맛과 냄새를 띄는데 이것은 입안의 수분과 이산화탄소가 결합하여 카보닉 산(Carbonic Acid)을 형성하기 때문이다. 인체의 신진대사 과정에서 이산화탄소가 생성되기 때문에 인체 내에는 항상 이산화탄소가 존재하며 그것은 호흡을 통해 인체 밖으로 배출된다. 농도가 짙은 이산화탄소를 호흡하면 위험하다.
4) 일산화탄소(CO) : 일산화탄소는 자동차의 배기가스나 연탄가스등에 많이 포함돼 있으며 소량만 호흡해도 매우 위험한 기체이다.
5) 기타 : 공기 중에는 소량이긴 하나 다음과 같은 기체들도 섞여 있다.
알곤, 네온, 헬륨, 크림톤, 제논, 수소, 메탄, 아산화질소(Nitrous Oxide) 등등.

소리의 전달
바닷물 속에서 소리의 전달속도(약 1550m/초, 15 ℃일 때)는 육상보다 약 4배나 빠르다. 사람이 소리가 나는 방향을 알아내는 것은 양 쪽 귀에 소리가 도달하는 시간차에 의해서인데 수중에서는 이 같이 소리의 전달속도가 빠르므로 그 방향을 알기 어렵다. 또 소리는 매질이 다른 수중으로는 효과적으로 전달이 잘 되지 않으므로 수중에 있는 다이버는 육상의 소리를 듣기 어렵다.