아르키메데스(3)
로마의 역사학자들은 아르키메데스에 관한 많은 재미있는 이야기를 전하고 있다. 특히 로마 장군 마르켈루스(Marcellus)가 시라큐스를 공격했을 때 아르키메데스가 시라큐스를 지키기 위하여 고안한 여러 가지 훌륭한 장치에 대한 설명이 있다. 그런 것 중에는 적의 배가 도시 성곽에 가까이 접근했을 때 그 배에 무거운 돌을 떨어뜨릴 수 있는 투석기가 있었는데 그긋은 사정거리를 조정할 수도 있고 이동 발사 장치도 갖고 있었다. 또 그는 적의 배를 물에서 끌어올리게 할 수 있는 기중기도 만들었으며 적의 배를 불태우기 위해 커다란 볼록렌즈를 사용했다는 이야기도 있다. 한편 많은 사람들이 달라붙어야 간신히 끌어올릴 수 있는 커다란 배를 그는 복합 도르래 장치를 이용하여 간단히 혼자서 끌어올린 후에 다음과 같이 외쳤다고 한다. "나에게 충분히 긴 지렛대와 서 있을 자리를 다오. 그러면 지구를 움직여 보일 것이다!"
아르키메데스는 유명한 부력의 원리, 원주율 π 및 그것을 이용한 원의 넓이 구하기, 구의 겉넓이, 구와 원기둥의 부피의 관계를 밝히는 등 많은 업적을 남겼다. 실생활에서 응용된 아르키메데스의 원리들에는 다음과 같은 것이 있다.
잠수함의 잠수 원리는 아르키메데스의 부력의 원리를 이용한 것으로, 한 물체의 일부 또는 전부가 어떤 액체 속에 잠겨 있으면 그 물체에 의해 밀려나온 액체의 중량과 크기가 같고 방향이 반대인 상향력(부력)이 그 물체에 걸리게 된다는 것이다. 즉, 잠수함은 바닷물 속에 잠수되어 있을 때 잠수함의 압력선체(사람이 활동하고 장비가 탑재되는 밀폐된 공간)의 체적만큼 가벼워지는데 이 부력이 잠수함의 무게와 같을 때 잠수함은 바닷물 속에서 뜨거나 가라앉지 않게 된다. 만약 이 상태에서 잠수함이 부력을 더 가지게 된다면 수면으로 떠오르게 될 것이다. 1620년도의 초기 잠수 개념으로는 밀폐된 함정 내에 가죽 격벽을 사용, 안쪽으로 이동시킴으로써 현측에 뚫린 관총구를 통해 물을 유입시켜 배를 무겁게 하여 잠수시키고 나사를 이용, 가죽 격벽을 밀어냄으로써 무게를 줄여서 부력을 가지도록 하였다.
현대 잠수함에서는 주로 공기탱크를 압력선체 외부에 설치하여 공기탱크 내에 물이 채워졌을 때 잠수함의 무게가 부력과 같아지도록 조정하고 수면으로 부상하기 위해 공기탱크 내에 압축공기를 공급하도록 하고 있다. 따라서 잠수는 공기탱크 내의 공기를 밖으로 배출할 수 있도록 공기탱크 상부에 있는 차단밸브를 열어서 이루어지며 이때 자유 충수구로 바닷물이 유입되어 공기탱크를 채우게 된다. 차단밸브의 개폐와 공기탱크 내로의 압축공기 공급은 압력선체 내에서 조작한다. 잠수함의 승선 인원 또는 장비가 추가되어 무거워질 경우 무거워진 만큼의 무게를 보상하기 위한 물탱크를 별도로 압력선체 내에 설치하여 물탱크 내의 물을 함외로 배출하여 무거워진 무게를 조정한다.
놀이공원 등에서 볼 수 있는 원형보트는 스릴과 재미를 동시에 즐길 수 있는 놀이시설이다. 이 원형보트도 사실은 아르키메데스의 부력의 원리를 응용하여 만든 것이다. 원형보트는 밑바닥이 평평하고 둥근 모양으로 수로의 폭이 넓으면 물이 느리게 흐르고 수로의 폭이 좁으면 물이 빠르게 흐른다. 보트가 물에 가라앉지 않고 뜨는 것은 바로 물이 물체를 떠받치는 힘인 부력 때문이다. 즉 물이 물체를 떠받치는 힘이 물체가 물에 가하는 힘보다 크기 때문에 원형보트는 절대 뒤집히거나 곤두박질치지 않는다.
