[배이야기] 배는 어떻게 물에 뜨고 움직일까요?

철판으로 만들어진 육중한 배는 어떻게 물에 뜨고, 앞으로 나아갈 수 있는걸까요? ^^
오늘은 선박의 기초상식! 배는 짐(사람)을 싣고 물에 떠야 하며, 스스로 움직일 수 있어야 한다는 '배의 3대 조건'에 대해 설명해드릴게요!



배가 물에 뜨는 것은, (당연한 얘기지만) 배가 물보다 가볍기 때문입니다. 우리가 사용하는 사기그릇은 흙반죽으로 만들어졌지만 설거지할 때 보면 이것 역시 물에 잘 뜹니다. 왜 그럴까요? 그것은 바로, 부피와 밀도의 마술 때문이지요~! 아무리 덩치가 큰 물체라도, 물체의 무게를 그것의 부피로 나눈 '평균밀도'가 물의 평균 밀도인 약 1000kg/㎥보다 작으면 그 물체는 물보다 '가볍다'고 할 수 있습니다.

배를 만드는 쇳덩어리는 같은 부피의 물보다 약 7.8배 무거워 그 상태로는 물에 가라앉게 되지만, 배처럼 속을 비워 그릇모양으로 만들어 주면 얼마든지 물보다 가볍게(밀도가 물보다 작게) 만들 수 있답니다.

가장 쉬운 예로, 여러분이 목욕을 하려고 물에 들어갔을 때를 생각해보세요.
물 속에 있으면 몸이 가벼워지는 것을 느낄 수 있죠? 이는 물 속에 있는 물체를 중력과 반대 방향인 위로 밀어 올리는 힘, 즉 부력 때문인데요. 부력은 그리스의 수학자였던 아르키메데스가 욕조에 들어갈 때 흘러내리는 물을 보고 발견한 원리입니다. 넘친 물의 양이 자신의 몸의 부피와 같다는 것을 깨달은 것이죠. 너무 기쁜 나머지 옷도 걸치지 않고 '유레카'라 외치며 거리로 뛰어나갔다는 일화는 너무도 유명합니다.  

그래도 쇳덩어리가 물에 뜬다는 건 정말 신기하죠?
위에서는 중력의 힘을 받아 배를 물 속으로 집어 넣으려 하고, 물 속으로 잠긴 부분은 배를 밀어올리는 부력이 작용하고 있는 것이죠! 여기서 중요한 것은 배가 밀어내는 물의 무게보다 배의 무게가 더 가벼워야 배가 뜬다는 것입니다. 무게가 같다고 해도 부피가 클수록 부력도 커지는데요. 그래서 물체가 물에 잠기는 부피가 커야 더 잘 뜰 수 있답니다. 뚱뚱한 사람들이 마른사람보다 의외로 물에 잘 뜨는 것이 다 이런 원리 때문이예요.

배가 물 속에 충분히 잠기지 않으면 파도나 풍랑에 흔들릴 수가 있고, 추진기(프로펠러)가 물 밖에서 겉돌게 됩니다. 언젠가 '밸러스트 수(Ballast Water : 선박 평형수)'에 대해 설명을 드린 적이 있는데요. 밸러스트 수가 배의 무게중심을 잡아주는 역할을 합니다. 화물을 싣지 않을 때에는 그 만큼 선체가 가벼워지므로 배가 균형을 잡을 수 있도록 밸러스트 탱크에 바닷물을 채운 채로 운항하고, 화물을 실었을 경우에는 밸러스트 탱크를 비운 채로 항해하는 것입니다.
('밸러스트 수'에 대해서는 이전 포스팅을 확인해주세요. ^^ http://samsungshi.tistory.com/35)

물론 균형을 맞춘다고 해서 무한정으로 화물을 실을 수 있는 것은 아니고요. 트럭의 최대 적재 하중에 해당하는 재화중량톤수(DWT)를 맞춰야 합니다. DWT는 배를 부러뜨리지 않고, 충분히 떠 있을 수 있는 한도 내에서 얼마나 무겁고 많은 화물을 수송할 수 있는지를 나타내주는 지표입니다. 마구잡이로 화물을 실으면 배가 가라앉을 수도 있다는 말이죠.

자, 이제 배도 물에 띄웠겠다. 균형도 맞췄겠다. 항해를 시작해볼까요!
아차차~ 그런데 어떻게 움직이죠? 잘 아시다시피 배는 프로펠러를 돌려 물을 밀어내며 앞으로 나아갑니다. 프로펠러가 회전하면서 날개가 물을 뒤로 밀어내고 밀려난 물은 다시 배를 앞으로 나갈 수 있도록 해주는거랍니다. 프로펠러가 돌아가는 속도가 빠를수록 많은 양의 물을 배 뒤로 보내게 되므로 배의 추진력도 강해지게 되지요. 사진 속 프로펠러의 크기가 사람보다도 더 크죠? 육중한 배를 움직이려면 프로펠러도 큰게 필요합니다. 선풍기가 바람을 보내는 원리와 같으니 선풍기 날개를 가만히 살펴보세요.

가장 기초적인 내용이지만, 궁금했던 분들 많으셨죠? 도움이 되셨나요? ^^
다음에도 재미있는 배 이야기 들려드릴게요!