위키득계정 ↗
과학

부력

부력과학
영문명
Buoyancy
기본 원리
아르키메데스의 원리
균일한 유체에서의 크기
유체 밀도 × 잠긴 부피 × 중력 가속도
관련 물리량
압력, 밀도, 무게
적용 대상
액체와 기체
부력은 유체 속의 물체가 압력 분포 때문에 받는 합력이다. 정지한 유체와 중력장이 있는 기본적인 상황에서는 위쪽으로 작용하며, 밀려난 유체의 무게와 연결된다.

압력의 차이가 만드는 합력

중력 아래 정지한 유체는 보통 아래로 갈수록 압력이 높다. 물체 표면에 작용하는 압력에 의한 힘을 모두 합하면 위를 향한 성분이 남는다.

부력은 물체가 위로 움직여야만 생기는 힘이 아니다. 가라앉는 중이거나 줄에 매달린 물체에도 주변 유체의 압력 분포가 힘을 가할 수 있다.

잠긴 부분의 부피

밀도가 균일한 유체에서 아르키메데스의 원리를 적용하면 부력은 밀려난 유체의 무게와 같다. 물체 전체가 아니라 실제로 잠긴 부분이 배제하는 부피를 사용한다.

물체가 완전히 잠기고 유체의 밀도가 일정하다면, 더 깊이 내려간다는 이유만으로 부력이 계속 커지지는 않는다. 표면의 압력은 높아져도 압력 차이로 생기는 합력은 같은 부피에 대해 유지된다.

평형과 운동을 구분하기

다른 수직 힘을 무시할 때 떠서 정지한 물체는 부력과 무게가 같아진다. 이 상태에서는 일부만 잠기는 정도가 물체의 평균 밀도와 유체의 밀도에 따라 정해진다.

부력과 무게가 같지 않으면 가속할 수 있다. 움직이는 동안에는 유체 저항도 작용하므로 실제 속도는 두 힘의 단순 비교만으로 정해지지 않는다.

공기와 다른 힘들

공기도 유체이므로 공기 중의 물체에도 부력이 작용한다. 풍선이 뜨는지 판단할 때는 안의 기체뿐 아니라 껍질과 매단 물체까지 전체 무게에 포함해야 한다.

작은 물체가 액체 표면에 머무르는 현상에는 표면 장력이 중요할 수 있다. 압력에 의한 부력과 경계면의 힘을 구분해야 계산에서 같은 효과를 빠뜨리거나 중복하지 않는다.

관련 문서

압력 / 밀도 / 중력