유체와 운동 제3법칙에 대하여

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유체와 운동 제3법칙

 

1). 컵 속에 물을 넣어서 무게를 잰 다음 물 속에 손가락을 넣으면 저울에 걸리는 무게는 어떻게 될까?

 

▶답 : 그림의 ①과 같이 사람이 손을 놓고 물통 바닥에 서면 몸무게가 저울 눈금에 더 가산되어 나타날 것이다. 헤엄을 치고 있다면 어떨까? 역시 몸무게가 더 나가게 될 것이다. 그럼 그림의 ③과 같이 밧줄에 매달리는 경우 몸무게는 전부 밧줄에 걸려 버리는 걸까? 탕 안에 있으면 몸무게가 가볍게 느끼는 것처럼 밧줄에 걸리는 무게는 줄어든다. 그 사람의 몸무게보다 훨씬 가벼워진다. 그럼 몸무게에서 밧줄에 걸린 힘을 뺀 차이는 어디서 받고 있는가? 물이다. 물이 부력으로 이 사람을 위로 들어 올려 주고 있다. 물이 사람에게 힘을 작용하면, 작용과 반작용의 법칙에 의해 사람 역시 물에 힘을 작용하게 된다. 이것이 저울의 눈금을 높히는 이유이다.

 

물 위에 떠있는 나무에 작용하는 부력은 물이 나무에게 작용하는 힘이고, 그 반작용은 나무가 물에 작용하는 힘이다. 작용과 반작용은 그 작용점이 서로의 물체에 존재하게 된다. 그리고 부력은 '아르키메데스의 원리'로 물 속에 담근 손가락의 체적에 해당하는 물의 무게와 같다.

 

Q1. 공기를 압축시켜 넣은 깡통에 구멍을 내서 공기가 오른쪽으로 빠져나가면 깡통은 마치 로켓처럼 왼쪽으로 움직인다. 이번에는 내부가 진공인 깡통에 구 멍을 낸다. 공기가 깡통 구멍을 통해 왼쪽으로 들어간다. 진공상태가 공기로 메워지면 이 깡통은 어떻게 움직일까?

 

a) 왼쪽으로

b) 오른쪽으로

c) 움직이지 않는다

 

▶답 : 그림에서 물을 가득 담은 수레는 오른쪽으로 가속되는데 그것은 오른쪽 벽에 대한 물의 힘이 왼쪽 벽에 대한 물의 힘보다 크기 때문이다. 왼쪽에 대한 힘이 작은 이유는 배출구에 작용하는 힘은 수레에 가해지지 않기 때문이다. 공기가 든 깡통의 경우도 이와 비슷하다. 구멍에 작용하는 힘은 깡통에 가해지지 않으므로 이 같은 불균형이 깡통을 오른쪽으로 가속시킨다

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