[카드뉴스] 물에 뜨기도 가라앉기도 하는 ‘잠수함’의 원리...부력 때문

[시선뉴스 심재민 / 최윤수 수습] 필요에 따라 물속에 잠기기도 또 반대로 뜨기도 하는 ‘잠수함’. 잠수함은 어떻게 물에 뜨기도 또 잠기기도 할까?

잠수함은 물속에 잠겨 이동할 수 있는 수송 및 군사 수단으로 추진원리는 일반 선박과 유사하다. 하지만 물을 채우거나 반대로 물을 비우고 공기를 채우며 부력을 조절하는 ‘탱크’와 물속에서도 탱크로 공기를 보낼 수 있는 ‘압축공기’가 있어 물 위로 뜨거나 물속으로 가라앉을 수 있다

물에 뜨기도 가라앉기도 하는 잠수함은 중력, 작용과 반작용, 부력의 원리를 이용해 개발 되었다. 

먼저 중력에 의해서 어떠한 물체든 물 위에서 물 표면을 누르는 작용의 힘이 가해진다. 그리고 반대로 물은 물체를 밀어내는 반작용의 힘을 지닌다. 이 작용과 반작용이 균형을 이루면 ‘부력’ 생겨 물체는 물에 뜨게 되고, 작용의 힘이 강해지면 ‘부력’이 약해져 가라앉는다.

물체의 무게가 무겁거나 물과 닿는 표면적이 작을수록 부력이 약해 가라앉고, 반대로 물체의 무게가 가볍거나 물과 닿은 표면적이 클수록 부력에 의해 물에 뜨게 되어 있다. 동일한 크기의 풍선과 쇠구슬이 있다고 가정 했을 때, 속이 텅 비어 공기로 가득한 풍선은 물에 뜨고 쇠구슬은 물에 가라앉는 특성을 생각하면 이해하기 쉽다.

물체가 물을 누르는 힘과 부력의 크기 중에 어느 것이 더 크냐에 따라 물건이 물에 가라앉을지 뜰지 결정되는 것. 잠수함은 바로 이러한 ‘부력’의 특성을 이용해 설계되었다. 

잠수함이 물에 떠 있을 때는 탱크 내부가 대부분 공기로 채워져 있으며 중력과 부력이 균형을 이룬다. 반대로 잠수할 때는 탱크 내부의 공기를 빼내 그 자리에 물이 채워지면서 잠수함의 무게가 늘어나 부력이 약해지며 아래로 가라앉는다. 다시 물 위로 부상할 때는 압축 공기가 탱크 내부를 채우고 그 자리에 있던 물을 내보내, 잠수함의 무게가 줄어들어 부력이 강해지면서 위로 떠오른다.

수천톤에 이르는 잠수함이 자유자재로 잠수도 하고 다시 물 위로 떠오를 수 있는 이유는 바로 물과 공기를 이용해 ‘부력’을 조절하도록 설계되었기 때문이다.