부력실험(물에뜨는물체)1_1.zip

물에 뜨는 물체를 이용해서 부력의 크기를 가상으로 실험해 볼 수 있습니다.

부력의 크기는 물에 잠긴 물체의 부피에 비례합니다.

그리고 중력(무게)이 부력보다 크면 가라앉고, 작으면 떠오르게 됩니다.

학생들이 가장 많이 틀리는 문제 중 하나는  물에 떠있는 물체의 중력과 부력의 관계 입니다.
대부분 물에 떠 있는 물체는 중력보다 부력이 크다고 대답합니다.

정답은 부력과 중력의 크기는 같습니다. 물에 강제로 물체를 집어 넣었을 때는 물에 잠긴 부피가 커져서 부력이 커지는 건데 물에 떠 있는 물체도 부력이 더 크다고 생각하네요.

강제로 물체를 손으로 눌러 물속에 집어 넣었다 놓으면 부력이 중력보다 크기 때문에 떠오르게 됩니다.

물체가 수면위로 떠오르게 되면 물에 잠긴 부피가 점점 줄어들게 되므로 부력도 점점 작아지게 되고,  부력과 중력과 같아지는 순간 떠오르는게 멈추게 됩니다.

반대로 물 위로 물체를 끌어 올리면 부력보다 중력이 커지게 되서 물체를 놓으면  중력과 부력이 같아질때 까지 물속으로 가라앉게 되지요.

말로 설명하려다 보니 쉽지 않아서 가상실험프로그램을 만들었습니다.

마우스로 물체를 드래그 해서 물속으로 집어 넣어 가면서 또는 물 밖으로 끌어 올리면서 부력의 크기를 설명해 주면 됩니다.

금속의 경우에는 모양을 변화시켜서 부력을 변화시킬 수 있게 했습니다.

또 액체의 종류를 바꿔서 부력의 크기가 달라진다는 것도 설명할 수 있게 만들었습니다.(사해에 사람이 뜨는 이유 설명)

생각나는데로 급하게 만들다 보니 부족한 점이 많네요. 그래도 그냥 필요하신 분이 있을까 해서 공개합니다.

* 한가지 더 : 마우스 오른쪽을 누르면 화면 일부를 확대하거나 축소할 수 있습니다. 부력에 의해 떠오르는 물체를 크게 확대해서 보여주면 더 좋울때도 있네요.

*추가 : 줄이 달린 풍선을 이용해서 부력과 중력 맞추는 실험을 보여주고 프로그램에 급하게 추가했습니다.
풍선에 줄을 매달아 띄우면 풍선이 계속 올라가다가 중력과 부력의 크기가 일치하는 곳에서 멈춥니다. 올라갈수록 중력이 커지는 이유는 풍선이 끌고 올라가야 하는 줄이 점점 더 많아지기 때문이지요.

풍선의 크기를 조절하면 부력도 조절할 수 있게 만들어 추가했습니다.

스마트폰용 앱은 아래 링크 참고

https://sciencelove.com/2339

 

Posted by 민서아빠(과학사랑)

댓글을 달아 주세요

  1. 2018.07.01 09:00  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    비밀댓글입니다

    • 민서아빠(과학사랑) 2018.07.02 21:48 신고  댓글주소  수정/삭제

      에어텐트에 공기를 넣으면 실제 무게는 더 무거워 질 겁니다. 왜냐하면 에어텐트안에 공기는 압축되서 들어가기 때문입니다.
      바람이 빠진 축구공에 바람을 압축해서 넣으면 실제로 더 무거워 진답니다.
      아래 링크 설명 참고하세요
      http://sciencelove.com/909

  2. 감사합니다 2018.10.17 14:53  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    선생님 부력이 이해안돼서 검색하다가 사이트에 오게 됐습니다.
    2개의 같은 물체가 무게가 같고 물에 잠긴 부피가 같으면 부력도 같은건데 물속에서 다른 높이에 떠 있는 이유는 무엇일까요?
    아무리 검색하고 찾아봐도 이런 내용은 안 나와있어서요...
    중력과 부력이 같으면 물체가 물속에 멈춰서 잠겨있는데 그 때 물속에서의 높이는 다를수도 있나요? 같을수도 있구요?
    그렇다면 물속에서 떠 있는 물체의 높이는 무엇이 결정하나요?
    질문이 많은데...^^;;
    이해가 안돼서요.

    • 민서아빠(과학사랑) 2018.10.17 21:03 신고  댓글주소  수정/삭제

      중력과 부력이 같으면 제가 만든 가상실험에서도 볼 수 있듯이 물 속 높이와는 상관없이 어느 위치에든 정지해 있을 수 있습니다.

      부력이라는 것은 결국 물체의 아랫면과 윗면의 수압차이에 의해 나타난다고 볼 수 있습니다. 물속 깊이 잠기면 수압이 커지겠지만 물체의 아랫면과 윗면의 수압차이는 같기 때문에 물의 깊이에 따라 같은 물체라면 부력은 변하지 않습니다. .

      그래서 어느 높이에 있든 부력과 중력이 같기 때문에 정지해서 떠 있을 수 있습니다.
      물속에서 물체가 떠 있는 높이는 초기위치가 결정하겠지요. ^^

      충분한 답변이 됬는지 모르겠네요. ^^

  3. 감사합니다 2018.10.17 23:39  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    선생님 답변 감사합니다.
    그럼 같은 물체를 여러개 물에 던졌을때 어떻게 던지냐에 따라서 물체의 무게와 부력이 같아도
    떠 있는 높이는 달라질 수 있다는 내용으로 이해하면 될까요?
    감사합니다.

    • 민서아빠(과학사랑) 2018.10.19 07:23 신고  댓글주소  수정/삭제

      물체를 물속으로 집어 던지면 절대 중간에 떠 있을 수 없습니다. 관성때문입니다. 이는 힘이 작용하지 않는 무중력 공간에 물체를 집어 던진 것과 같습니다. 힘이 작용하지 않는다면 그 물체는 초기 속력에 의해 계속 등속운동하게 되지요. 물속에서도 마찬가지로 집어 던져진 초기 조건에 의해 계속 일정한 속도로 가라 앉게 될 겁니다.
      물에 떠 있게 하고 싶다면 손으로 들고 물속 어떤 지점에 가서 조심스럽게 가만히 정지한 상태로 놓아야 합니다. 그래서 초기 조건이 속력이 0인 상태를 만들어 주어야 합니다.
      그래서 중력과 부력이 같아도 물속에 떠 있게 하기는 생각처럼 쉽지 않아요. ^^

  4. 감사합니다 2018.10.19 13:09  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    자세한 설명 감사합니다^^

  5. 안녕하세요 2018.12.17 15:43  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    선생님 안녕하세요. 제가 아이들과 마리모에 대해 탐구하다 마리모를 물에서 꺼내 물을 짠 다음 마리모를 다시 물에 넣으면 떠오른다는 것을 알게 되고 마리모 대신 스펀지로 대체 실험을 하려고 했는데 처음
    물에 젖지 않은 새 스펀지를 물에 넣으니 다 젖기 전까지는 떠있다가 다 젖으니 가라 앉았습니다. 그런데
    그 스펀지를 꺼내 물을 짜고 다시 물에 넣으니 물에 젖기는 하지만 도저히 가라 앉지가 않습니다. 혹시 그 이유를 알 수 있을까요?

    • 민서아빠(과학사랑) 2018.12.17 16:36 신고  댓글주소  수정/삭제

      글쎄요. 제가 실험해 보지 않아 정확하게 말씀드릴 수는 없지만, 설명을 보니 이런 생각이 듭니다.
      스펀지 안에는 작은 공간이 많이 있습니다. 그 공간에 공기가 차 있기 때문에 물에 떠 있는 거지요. 그리고 그 공간에 물이 스며들면 가라앉게 되겠지요. 그런데 한번 젖은 스펀지 물을 짜내면, 어느정도 물이 빠지긴 하겠지만, 빈 공간에 약간씩 남아 있는 물들이 공간의 입구를 막아 물이 스며드는 걸 막는게 아닌가 하는 생각이 듭니다. 물론 공간들이 워낙 작으니까 눈으로는 보이지 않겠지요. 스펀지를 바싹 말린 후 실험을 했을때 젖으면서 가라앉는 다면 제 가설이 맞을 것 같네요.

  6. 2018.12.23 00:19  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    비밀댓글입니다