잠수함을 내손으로
2009-04-01
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 1. 왜 그럴까?풍선마개에 힘을 가하면 눈금 실린더 내부의 공기 압력이 물을 누르게 되고 이로 인해 수압이 높아진 물은 스포이드의 빈 공간으로 들어가 스포이드의 무게가 부력보다 커지므로 중력에 의해 물속으로 잠수하게 된다. 이와 반대로 눌렀던 손을 떼면 메스실린더 안의 공기 압력이 낮아져 스포이드 안으로 들어갔던 물이 밖으로 밀려나와서 스포이드의 무게가 가벼워지고 따라서 중력보다 부력이 커져 다시 물위로 떠오르게 되는 것이다. 2. 잠수함의 원리잠수함이 수중에서 정지하기 위해서는 잠수함의 부력과 중력이 균형을 이루어야 하며, 수면으로 떠오르기 위해서는 부력이 중력보다 커야 한다. 잠수함의 옆면은 이중으로 되어 있는데 바깥쪽과 안쪽 벽 사이에 있는 탱크에 물을 넣거나 빼내는 방법을 사용하는 것이다. 잠수함을 가라앉힐 때는 탱크의 밑부분에 있는 문을 열어 바닷물이 들어오도록 하는데 이때 탱크 안에 있던 공기는 배기구를 통해 밖으로 빠져나간다. 따라서 잠수함의 무게는 무거워지고 자연히 물 속으로 잠기게 되는 것이다. 반대로 떠오를 때는 강력한 펌프로 탱크 속의 물을 밖으로 배출해 부력을 높인다. 만약 펌프로 물을 배출할 수 없을 만큼 수압이 높으면 어떻게 될까요? 당연히 잠수함은 떠오를 수 없게 됩니다. 따라서 잠수함들이 잠행할 수 있는 깊이에는 한계가 있다. 잠수함은 물위에서는 디이젤 기관으로 움직이나, 물 속에서는 축전지로 가기 때문에 오래 갈 수 없다. 그러나 원자력으로 움직이는 원자력 잠수함은 한 달 이상을 물 속으로 다닐 수 있다.   3. 부력과 복원력세숫대야를 물위에 가만히 놓으면 뜬다. 세숫대야의 가장자리를 두 손으로 눌러 수평인 채로 가라앉히려고 하면, 뜻밖에 큰 힘이 필요하다. 이 때 세숫대야를 뜨게 하려는 힘이 물에 작용하고 있는 것이다. 이것을 부력이라고 한다. 배는 강철로 되어 있어 보기에는 매우 무거울 것 같지만, 그 크기(부피)로 보면 세숫대야와 같은 것이다. 배의 무게는 그 배의 부력의 4분의 1이나 5분의 1 정도다. 그래서 많은 화물과 무거운 엔진을 실어도 가라앉지 않는 것이다. 한편, 배는 물에 떠서 항상 흔들리고 있다. 옆에서 큰 물결이 오면 크게 흔들려서 기울어지지만, 이내 또 수평으로 돌아간다. 이것을 복원력이라고 한다. 배에는 부력과 중력이 작용하고 있다. 배가 크게 기울면 뒤집어지는 것을 막기 위하여 배의 무게중심을 낮게 한다. 또한 부력의 중심을 부심이라고 하는데 부심과 배의 중심선이 만나는 점을 메타센터라고 한다. 메타센터가 배의 중심보다 위에 있으면 부력과 중력에 의하여 배를 수평으로 돌려놓으려고 하는 복원력이 생기도록 하고 있다.  [심화학습]  1. 잠수함잠수함은 수면 위에서는 물론 수중에서도 움직일 수 있는 선박을 말합니다. 물 속에서 움직이므로 몰래 적의 영역으로 들어갈 수 있어서 대부분 군사용으로 이용되지요. 제1차 세계대전 당시 독일이 이용한 소형잠수함 U보트가 유명합니다. 최근에는 망간단괴 등 해저의 광물을 채취하거나 심해저의 환경을 연구하는데 이용하는 등 평화적인 목적으로 만들어지는 경우도 많습니다. 2. 잠수함의 구성 요소잠수함은 수상 함정과 달리 물속에서 활동하기 위해 강력한 펌프와 탱크 외에도 여러 가지 특수한 장비와 구조를 갖고 있습니다. 우선 깊은 물속에서 상하 좌우로부터 가해지는 높은 수압에 견뎌야 하므로 강한 선체가 필요합니다. 물 속에서 수면 위의 상황을 살피기 위해 잠망경을 장치하고 배 밑바닥 주변 등의 상황은 소나 등과 같이 음파를 이용하는 장비로 파악합니다. 잠수함 영화에서 반드시 등장하는 '끼잉---, 끼잉---' 하는 소리가 있지요? 이것은 바로 소나 음입니다. 수중에서 위 아래로 방향을 바꾸기 위해 비행기 날개와 같은 잠수타도 갖고 있습니다.  3. 잠수부병교각 공사 등 압력이 높은 곳에서 작업하는 사람에게서 주로 생기는 병으로, 감압병·잠함병 또는 케이슨병이라고도 합니다. 압력 차에 의한 기체의 용해도 때문에 생기는 것입니다. 압축 공기통을 메고 수심이 깊은(압력이 높은) 곳에서 작업을 하게 되면 우리 몸의 조직 속에 더 많은 양의 공기가 녹아들어 가게 됩니다. 이런 상태에서 갑자기 물 표면으로 떠오르면, 압력이 낮아지고 조직 속에 용해되어 있던 기체(특히 질소)가 기포로 되면서 빠져 나오게 되는데, 이 때문에 피부 가려움, 발진, 쇼크 등이 생기고 특히 뇌에서 기포가 생기면 생명이 위험해지기도 합니다.  |
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