물에 뜨는 물체를 이용해서 부력의 크기를 가상으로 실험해 볼 수 있습니다.
웹에서 직접 실행하려면 아래 링크에서 실행해 볼 수 있습니다.
http://sciencej.cafe24.com/html5/Buoyancy/Buoyancy.html
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.
<활용방법>
마우스로 물체를 드래그 해서 물속으로 집어 넣어 가면서 또는 물 밖으로 끌어 올리면서 실험에서 보여지는 부력의 크기를 설명해 주면 됩니다.
예를 들어 떠있는 물체를 마우스로 드래그 해서 물속으로 집어 넣으면서 무엇이 변하는지 보여 줍니다.
(중력은 변함 없지만 부력이 커지지요)
이때 물체를 놓으면 어떻게 될지 생각해 보게 합니다. (부력이 중력보다 크니까 줄다리기 처럼 위쪽으로 힘을 받겠지요)
위로 떠 오르던 물체는 계속 떠 오를지 생각해 보게 합니다. (물밖으로 물체가 나올수록 부력이 작아지고, 부력과 중력이 같아지는 순간 멈추겠지요)
가상실험을 통해 보여주면 이해시키기가 더 쉽습니다.
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
