데카르트 潛水夫
는
르네 데카르트
의 이름을 딴 古典的인 實驗 裝置이다. 데카르트 潛水夫에는
浮力
의 原理와
보일의 法則
이 利用된다. 浮沈子라고도 한다.
實驗 方法
[
編輯
]
데카르트 潛水夫 實驗을 위하여 '潛水夫'로 쓰일 작고 잘 휘지 않는 한 쪽 끝이 열린 棺을 準備한다. 이 '潛水夫'를 페트甁처럼 크고 柔軟한 容器에 넣고,용기에 물(다른 液體도 相關은 없다)을 채운 後 用器를 密閉시킨다. '潛水夫'에는 어느 程度 물이 채워져 있지만 '潛水夫'가 容器 속의 물에 完全히 가라앉지 않고 水面 近處에 떠있도록 浮力의 均衡을 맞출 수 있게 하는 充分한 量의 空氣가 들어있다.
密閉된 容器의 柔軟한 部分을 누르게 되면 '潛水夫'가 마치 潛水하는 듯한 現象, 卽, '潛水夫'가 勇氣의 밑바닥에 가라앉는 現象이 일어난다. 그러나 勇氣에 加해지던 壓力이 사라지면 '潛水夫'는 다시 水面 近處로 떠오르게 된다.
作動 原理
[
編輯
]
'潛水夫'에는 充分한 浮力을 받을 수 있을 程度의 空氣가 들어있으므로 물의 表面에 떠있게 된다. 이 때 勇氣에 壓力을 加한다면
파스칼의 法則
에 依하여 勇氣 內의
水壓
이 增加할 것이고, '潛水夫' 안에 들어있는 空氣방울에 加해지는 數壓倒 增加하게 될 것이다.
보일의 法則
에 依하여 氣體의 壓力과 부피는 反比例하므로 空器에 加해지는 壓力이 增加하게 된다면 그만큼 空氣의 부피는 減少할 것이다. 空氣의 부피가 減少하므로 '潛水夫' 內部의 空間을 물이 代替하게 되고, 따라서 '潛水夫'가 밀어내는 물의 무게는 줄어든다.
아르키메데스
의 原理(
浮力
의 原理)에 따라 '潛水夫'가 밀어내는 물의 무게가 減少하면 그만큼 '潛水夫'에 作用하던 물의 浮力은 減少하게 된다. 따라서 '潛水夫'에 作用하던 浮力과 重力의 平衡이 깨지며 '潛水夫'는 勇氣의 밑바닥으로 가라앉게 된다. 容器에 加해지던 壓力을 除去하면 '潛水夫' 안의 空氣가 다시 膨脹하므로 浮力이 元狀態로 增加하며, '潛水夫'는 다시 水面 위로 떠오르게 된다. 萬若 '潛水夫'의 무게와 '潛水夫'가 밀어내는 물의 무게가 같다면 浮力과 重力이 完全히 平衡을 이루므로 '潛水夫'는 水面에 뜨지도, 밑바닥에 가라앉지도 않고 勇氣의 中間쯤에 떠있게 된다.
活用
[
編輯
]
데카르트 潛水夫의 原理가 適用된 琉璃 工藝品. 꼬리部分에 꼬여진 작은 棺이 보인다.
實際로 데카르트 潛水夫의 原理는
워터 댄서
또는
물 惡魔
라고 불리는 장난감을 만드는 데에 使用된다. 이 境遇 使用되는 原理는 같지만 '潛水夫'로써 官 代身 特性을 가지는 裝飾된 物體로 代替된다. 이 物體의 아랫部分에는 浮力의 均衡을 맞추기 위한 작은 棺이 있기 때문에 '潛水夫'로써의 役割을 할 수 있다. 例를 들면 왼쪽의 그림과 같은 빨간 琉璃 工藝品 또한 데카르트 潛水夫의 原理가 使用되는 장난감 中 하나로 꼬리 部分에 작은 管이 있어서 加해지는 壓力에 따라 뜨고 가라앉는다. 特異한 點은 이 棺이 若干 꼬여 있어서 물이 드나들 때 回轉이 생기고, 이는 장난감이 돌면서 뜨고 가라앉게 한다.
한便 '潛水夫'는 작은 風船이나
종이클립
으로 밑部分이 固定된 구부러진
빨대
等 다양한 材料로 만들 수 있으며,
液體
의
油壓
을 測定하는 道具로써 利用될 수도 있다.
같이 보기
[
編輯
]
- 갈릴레이 溫度計
- 데카르트 潛水夫가 壓力에 依해 浮力이 變하는 境遇라면 갈릴레이 溫度計는 溫度에 依하여 浮力이 變하는 境遇이다.
