물속에서 천천히 가라앉는 공? 스토크스 법칙으로 설명해보자!

"왜 어떤 공은 물에 퐁당 빠지고, 어떤 공은 천천히 가라앉을까?"

혹시 물속에서 탁구공이나 골프공을 떨어뜨려 본 적 있나요?
어떤 공은 물 위에 둥둥 떠 있고, 어떤 공은 빠르게 가라앉고, 또 어떤 공은 천천히 가라앉죠.

그런데 이 현상 단순히 공의 무게 때문이라고 생각하면 경기도 오산! 😊

사실은 물이 공을 붙잡고 있는 보이지 않는 힘 때문이에요.

이 보이지 않는 힘을 설명해주는 것이 바로 스토크스 법칙(Stokes' Law)입니다!

 

스토크스 법칙(Stokes' Law) 이란

 

 

스토크스 법칙이란?

스토크스 법칙을 한 마디로 말하면 “유체(물이나 공기 같은 것) 속에서 물체가 움직일 때, 그 속도를 방해하는 힘이 있다”는 것

여기서 말하는 "방해하는 힘"이 바로 항력(저항력)이에요!

 

물속에서 공이 가라앉을 때 그냥 쑥 내려가는 게 아니라 물이 공을 붙잡고 속도를 조절하는 거죠.

 

이 법칙을 처음 발견한 사람은 조지 가브리엘 스토크스(George Gabriel Stokes)라는 물리학자예요.

 

그래서 그의 이름을 따서 "스토크스 법칙"이라고 부르게 되었어요.

(참고로, 과학자 이름이 붙은 법칙은 보통 엄청 중요한 법칙이라는 뜻! )

 

 

스토크스 법칙이 실제로 적용되는 예시

그럼 이제 스토크스 법칙이 어떻게 작용하는지, 재미있는 예시를 통해 알아봅시다.

 

1. 빗방울이 미친 속도로 떨어지지 않는 이유!

여러분, 구름에서 떨어지는 빗방울이 엄청 빠르게 내려온다고 생각해 보세요.

이론적으로는 아주 높은 곳에서 떨어지는 거라 마치 총알처럼 내려와야 하지만... 실제로는 그렇지 않죠?

그 이유가 바로 스토크스 법칙 때문!

공기(유체) 속에서 빗방울이 떨어질 때 공기는 빗방울의 속도를 조절하는 역할을 합니다.

즉, 빗방울이 일정한 속도를 유지하면서 천천히 내려오는 거죠.

(만약 이 법칙이 없었다면? 비 맞는 게 아니라 비에 맞아서 쓰러질 수도... 😱)

 

 

 

2. 축구공과 탁구공이 물속에서 가라앉는 속도가 다르다?

축구공과 탁구공을 물에 넣어보면 축구공은 둥둥 떠 있고 탁구공은 물속에서 천천히 가라앉습니다.

이 차이를 만드는 게 바로 "부력"과 "스토크스 법칙"이에요!

• 탁구공은 크기가 작고 가벼워서 물의 저항을 많이 받아 천천히 가라앉아요.
• 축구공은 공기(부력) 덕분에 떠 있습니다.
• 하지만 골프공처럼 무겁고 작은 공은 물의 저항을 덜 받기 때문에 빠르게 가라앉죠!

(즉, 물속에서는 공의 크기, 밀도, 그리고 물의 저항력이 함께 작용해서 속도가 결정되는 거예요!)

 

3. 해파리는 어떻게 물속에서 천천히 떠다닐까?

해파리는 마치 우주에 떠 있는 것처럼 물속에서 천천히 움직이죠.

이것도 스토크스 법칙 덕분이에요! 해파리의 몸이 부드럽고 넓어서 물이 몸 전체를 감싸고 천천히 이동할 수 있도록 돕는 거죠.

(해파리도 물리 법칙을 이용해서 움직인다니, 자연은 참 신기하지 않나요? 🧐)

 

스토크스 법칙 실험 관찰

스토크스 법칙을 직접 실험방법

여러분도 집에서 쉽게 스토크스 법칙을 실험해볼 수 있어요! 방법은 아주 간단합니다.

📌 실험 방법

준비물

• 물이 담긴 큰 유리컵
• 탁구공
• 작은 쇠구슬 또는 골프공
• 풍선

실험 방법

1. 유리컵에 물을 채웁니다.
2. 탁구공, 골프공, 풍선을 하나씩 물에 넣어봅니다.
3. 어떤 공이 빠르게 가라앉고, 어떤 공이 천천히 가라앉거나 뜨는지 관찰합니다.

 

 

 

 

결과

• 골프공(무겁고 작음) → 빠르게 가라앉음 
• 탁구공(가볍고 작음) → 천천히 가라앉음 
• 풍선(공기 포함) → 물 위에 떠 있음 

이 실험을 통해 공의 크기와 무게 그리고 물의 저항력이 가라앉는 속도를 결정한다는 것을 직접 확인할 수 있어요! 

 

스토크스 법칙 덕분에 물속에서 공이 그냥 가라앉는 게 아니라, 저항을 받으며 일정한 속도로 가라앉는다는 사실을 알 수 있었어요.

다음번에 물속에서 공을 떨어뜨려 볼 때, “아! 지금 물이 공을 잡고 속도를 조절하고 있구나!” 하고 생각해 보세요.