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데카르트 잠수부

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1. 개요

데카르트 잠수부는 압력 변화에 따라 가라앉거나 떠오르는 장치로, 주로 교육용 장난감이나 유압 측정 도구로 활용된다. 이 장치는 작은 관(잠수부)이 물이 채워진 밀폐된 용기 안에 들어있는 형태로, 용기에 압력을 가하면 파스칼의 법칙과 보일의 법칙에 의해 잠수부 내부 공기의 부피가 줄어들고, 아르키메데스의 원리에 따라 부력이 감소하여 가라앉는다. 압력을 제거하면 반대로 작동하며, '워터 댄서'나 '물 악마'와 같은 장난감에 응용되기도 한다. 데카르트 잠수부라는 이름은 르네 데카르트에서 유래되었으며, 타원형 플라스틱 병을 사용하면 병의 부피 변화에 따른 잠수부의 움직임을 관찰할 수 있다.

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데카르트 잠수부
개요
병 속에 있는 춤추는 데카르트 악마
설명고전적인 과학 실험으로, 아르키메데스 원리와 이상 기체 법칙을 보여줌
원리
작동 원리압력 변화에 따른 부력 변화를 이용
관련 법칙아르키메데스 원리, 이상 기체 법칙
실험 방법
준비물물, 투명한 용기, 속이 빈 물체 (데카르트 잠수부), 압력 조절 가능한 뚜껑
과정용기에 물을 채우고 잠수부를 넣음
뚜껑을 닫고 압력을 가함
압력 변화에 따라 잠수부가 뜨거나 가라앉는 현상 관찰
역사
기원17세기
명칭 유래르네 데카르트
응용
교육과학 교육용 교재
장난감과학 원리를 이용한 장난감
추가 정보
참고 문헌마이페디아 (1994)
다마키 겐오・다키가와 요지 편저, 『즐겁게 알 수 있는 물리 실험 사전』 (1998)
모리이 기요히로, 「부력 수업의 효과적인 전개에 대해」 (2000)
도긴 미나코, 사마키 겐오・우치무라 히로시 편저, 『재미있는 실험・제작 사전』 (2002)
관련 인물
르네 데카르트 초상화
르네 데카르트

2. 실험 방법

데카르트 잠수부 실험은 부력과 압력의 관계를 보여주는 실험이다. 밀폐된 용기를 누르면 파스칼의 법칙에 따라 용기 내부 압력이 증가하고, 잠수부 내부 공기 방울에 작용하여 공기를 압축시킨다. 물은 비압축성 유체이므로 공기 부피는 줄어들고 물 부피는 유지되어 잠수부 안으로 물이 더 들어온다.

공기 방울이 작아지고 물이 더 들어오면, 잠수부는 자체 무게보다 적은 양의 물을 밀어내 아르키메데스의 원리에 따라 가라앉는다. 압력이 사라지면 공기가 팽창하고, 밀어내는 물 무게가 증가하여 잠수부는 다시 떠오른다.

밀어낸 물 무게와 잠수부 무게가 정확히 일치하면 잠수부가 용기 중간에 떠 있을 것 같지만, 실제로는 그렇지 않다. 잠수부가 현재 깊이에서 조금이라도 벗어나면, 잠수부 위 물 무게 변화로 인해 잠수부 내부 기포 압력이 바뀐다. 이는 불안정한 평형 상태를 만든다.

잠수부가 약간 상승하면 기포 압력이 감소, 기포가 팽창하여 더 많은 물을 밀어내 잠수부는 더 큰 양의 부력을 얻고 더 빠르게 상승한다. 반대로 잠수부가 조금이라도 내려가면 압력이 증가하고 기포가 수축하여 부력이 감소하고 하강 속도가 빨라진다. 이 피드백은 평형에서 벗어나는 모든 변화를 증폭시킨다.

따라서 잠수부를 특정 깊이에 오랫동안 띄워두려면 가해지는 압력을 지속적으로 조절해야 한다. 타원형 플라스틱 병을 사용하면 새로운 현상이 나타난다. 타원형 병은 압축될 때 부피가 증가할 수 있는데, 이 경우 물에 잠긴 잠수부가 상승할 수 있다.[1]

2. 1. 준비물

이 실험을 위해서는 우선 '잠수부' 역할을 할 작고 단단하며 한쪽 끝이 열린 관이 필요하다. 이 '잠수부'는 점안기와 매우 유사하며, 페트병처럼 크고 유연한 용기에 넣는다. 용기에는 물을 채우고 밀폐시킨다. '잠수부'에는 어느 정도 물이 채워져 있지만, 완전히 가라앉지 않고 수면 근처에 떠 있을 수 있도록 충분한 양의 공기가 들어있다.

빨대, 클립, 플라스틱 병으로 만든 데카르트 잠수부 장난감


빨대, 클립, 플라스틱 병으로 만든 데카르트 잠수부 장난감의 경우, 빨대 안에 갇힌 공기가 잠수부를 약간 부력 있게 만들어 뜨게 한다.[1]

2. 2. 실험 과정

데카르트 잠수부 실험을 하려면 '잠수부' 역할을 할 작고 잘 휘지 않는 관이 필요하다. 이 관은 한쪽 끝이 열려 있어야 한다. 이 '잠수부'를 페트병처럼 크고 유연한 용기에 넣고, 용기에 물을 채운 후 밀폐한다. '잠수부'에는 어느 정도 물이 채워져 있지만, 완전히 가라앉지 않고 수면 근처에 떠 있을 수 있도록 충분한 양의 공기가 들어있다.

밀폐된 용기의 유연한 부분을 누르면 '잠수부'가 가라앉는다. 용기에 가해지던 압력이 사라지면 '잠수부'는 다시 수면 근처로 떠오른다.

이 실험에는 큰 물병이 필요하며, 그 안에 "잠수부"가 들어간다. 잠수부는 한쪽 끝이 열린 작은 튜브이며, 점안기와 매우 유사하다. 잠수부는 거의 중성 부력을 가지도록 충분한 공기를 가지고 있지만, 거의 완전히 잠수된 상태에서도 위에 떠 있을 정도로 충분한 부력을 가지고 있다.

"잠수"는 더 큰 용기의 유연한 부분을 안으로 누르면 발생한다. 이렇게 하면 더 큰 용기 내부의 압력이 증가하여 "잠수부"가 가라앉는다. 압력이 해제되면 "잠수부"는 다시 표면으로 떠오른다. 용기가 유리병과 같이 단단하면 병을 밀봉하는 코르크가 안으로 눌리거나 밖으로 당겨진다.

잠수부에는 긍정적인 부력을 갖도록 충분한 공기가 있다. 따라서 잠수부는 물 표면에 떠 있다. 파스칼의 법칙의 결과로, 밀폐된 용기를 짜면 공기의 압력이 증가하며, 이 압력의 일부는 물에 가해진다. 이 물은 다시 잠수부 내부의 공기 방울에 추가적인 압력을 가한다. 잠수부 내부의 공기는 압축 가능하지만 물은 비압축성 유체이기 때문에 공기의 부피는 감소하지만 물의 부피는 팽창하지 않는다. 따라서 잠수부 외부에 가해지는 압력은 a) 이미 잠수부 안에 있는 물을 더 안으로 밀어 넣고 b) 잠수부 외부의 물을 잠수부 안으로 밀어 넣는다. 공기 방울이 작아지고 더 많은 물이 잠수부 안으로 들어가면 잠수부는 음의 부력을 갖게 되어 아르키메데스의 원리에 따라 가라앉는다. 용기에 가해지는 압력이 해제되면 공기가 다시 팽창하여 변위되는 물의 무게가 증가하고 잠수부는 다시 긍정적인 부력을 갖게 되어 떠오른다.

thumb 라우샤(Lauscha)]]

변위된 물의 무게가 잠수부의 무게와 정확히 일치하면 잠수부가 용기 중간에 떠 있을 것이라고 생각할 수 있지만, 실제로 이렇게 되지는 않는다. 이러한 상태가 존재한다고 가정할 때, 잠수부가 현재 깊이에서 벗어나면 잠수부 내부의 기포에 가해지는 압력이 변경된다. 이것은 불안정한 평형이다. 잠수부가 약간이라도 상승하면 기포에 가해지는 압력이 감소하고 기포가 팽창하여 잠수부는 더욱 긍정적인 부력을 갖게 되어 더욱 빠르게 상승한다. 반대로 잠수부가 조금이라도 내려가면 압력이 증가하고 기포가 수축하여 잠수부의 부력이 감소하며, 하강 속도가 빨라진다. 이러한 양의 피드백은 평형에서 벗어나는 모든 변화를 증폭시킨다. 잠수부가 표면에 뜨거나 바닥으로 가라앉도록 허용하는 일련의 일정한 가해 압력이 존재하지만, 액체 내부에서 잠수부가 오랫동안 뜨도록 하려면 가해지는 압력을 지속적으로 조작해야 한다.

3. 작동 원리

데카르트 잠수부의 작동 원리는 파스칼의 법칙, 보일의 법칙, 아르키메데스의 원리로 설명할 수 있다.

thumb 라우샤(Lauscha))]]


  • 작동 순서

# '잠수부'는 충분한 공기가 들어있어 부력을 받아 물 표면에 떠 있다.

# 용기에 압력을 가하면 파스칼의 법칙에 의해 용기 내 수압이 증가하고, '잠수부' 안 공기 방울에 가해지는 수압도 증가한다.

# 보일의 법칙에 따라 기체의 압력과 부피는 반비례하므로, 공기 압력이 증가하면 부피는 감소한다.

# 공기 부피가 감소하면 '잠수부' 내부 공간을 물이 채우게 되고, '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 줄어든다.

# 아르키메데스의 원리(부력)에 따라 '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 감소하면 부력이 감소한다.

# 따라서 부력중력의 평형이 깨져 '잠수부'는 가라앉는다.

# 용기에 가해지던 압력을 제거하면 '잠수부' 안의 공기가 다시 팽창하여 부력이 증가하고, '잠수부'는 다시 수면 위로 떠오른다.

'잠수부'의 무게와 '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 같다면 부력중력이 평형을 이루어 '잠수부'는 수면에 뜨지도, 밑바닥에 가라앉지도 않고 용기의 중간쯤에 떠 있게 된다. 하지만 실제로는 불안정한 평형 상태가 된다.

3. 1. 파스칼의 법칙

파스칼의 법칙에 따르면, 밀폐된 용기 속 유체에 가해지는 압력은 유체의 모든 부분에 동일하게 전달된다. 데카르트 잠수부 실험에서 용기에 압력을 가하면 수압이 증가하고, 잠수부 안에 있는 공기 방울에 가해지는 수압도 증가한다. 보일의 법칙에 따라 기체의 압력과 부피는 반비례하므로, 공기 부피는 감소한다. 공기 부피가 감소하면 잠수부 내부 공간을 물이 채우게 되고, 잠수부가 밀어내는 물의 무게가 줄어들어 부력이 감소한다. 따라서 잠수부는 가라앉는다. 압력을 제거하면 공기가 다시 팽창하여 부력이 증가하고 잠수부는 다시 떠오른다.

3. 2. 보일의 법칙

보일의 법칙에 따르면 기체의 압력과 부피는 반비례한다. 즉, 일정한 온도에서 기체의 압력이 증가하면 부피가 감소하고, 압력이 감소하면 부피가 증가한다.[1] 데카르트 잠수부 실험에서 용기에 압력을 가하면 파스칼의 법칙에 의해 용기 내 수압이 증가하고, 잠수부 안 공기방울에 가해지는 압력도 증가한다. 이로 인해 공기 부피가 감소하고, 잠수부 내부 공간을 물이 채우게 되어 잠수부가 밀어내는 물의 무게가 줄어든다. 아르키메데스의 원리에 따라 부력이 감소하여 잠수부는 가라앉는다. 압력을 제거하면 공기가 팽창하여 부력이 증가하고 잠수부는 다시 떠오른다.[1]

잠수부의 무게와 밀어내는 물의 무게가 같으면 부력과 중력이 평형을 이루어 잠수부는 중간에 떠 있을 것 같지만, 실제로는 그렇지 않다. 잠수부의 위치가 조금만 변해도 잠수부 위 물의 무게 변화로 인해 압력이 바뀌는 불안정한 평형 상태이기 때문이다. 잠수부가 약간 상승하면 압력이 감소하여 기포가 팽창하고 더 많은 물을 밀어내 부력이 커져 더 빠르게 상승한다. 반대로 잠수부가 조금 하강하면 압력이 증가하여 기포가 수축하고 부력이 감소하여 하강 속도가 빨라진다. 이러한 양의 피드백은 평형에서 벗어나는 모든 변화를 증폭시킨다.[1]

3. 3. 아르키메데스의 원리 (부력의 원리)

아르키메데스의 원리(부력)에 따르면 '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 감소하면 그만큼 '잠수부'에 작용하던 물의 부력은 감소한다. 따라서 '잠수부'에 작용하던 부력과 중력의 평형이 깨지며 '잠수부'는 용기의 밑바닥으로 가라앉게 된다.[1] 용기에 가해지던 압력을 제거하면 '잠수부' 안의 공기가 다시 팽창하므로 부력이 원상태로 증가하며, '잠수부'는 다시 수면 위로 떠오르게 된다. 만약 '잠수부'의 무게와 '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 같다면 부력과 중력이 완전히 평형을 이루므로 '잠수부'는 수면에 뜨지도, 밑바닥에 가라앉지도 않고 용기의 중간쯤에 떠있게 된다.

하지만, 실제로 이렇게 부력과 중력이 완전히 평형을 이루는 상태는 유지되기 어렵다. 잠수부가 현재 깊이에서 조금이라도 벗어나면, 잠수부 위의 물의 무게 변화로 인해 잠수부 내부의 기포에 가해지는 압력이 변하기 때문이다. 이는 불안정한 평형 상태이다. 잠수부가 약간이라도 상승하면 기포에 가해지는 압력이 감소하고 기포가 팽창하여 더 많은 물을 밀어내고, 잠수부는 더욱 빠르게 상승한다. 반대로 잠수부가 조금이라도 내려가면 압력이 증가하고 기포가 수축하여 추가적인 물이 들어가고, 잠수부의 하강 속도가 빨라진다.[1]

3. 4. 작동 과정 상세 설명

'잠수부'에는 충분한 공기가 들어있어 부력을 받아 물 표면에 떠 있게 된다. 이때 용기에 압력을 가하면 파스칼의 법칙에 의해 용기 내 수압이 증가하고, '잠수부' 안 공기 방울에 가해지는 수압도 증가한다. 보일의 법칙에 따라 기체의 압력과 부피는 반비례하므로, 공기에 가해지는 압력이 증가하면 부피는 감소한다. 공기 부피가 감소하면 '잠수부' 내부 공간을 물이 채우게 되고, '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 줄어든다. 아르키메데스의 원리(부력의 원리)에 따라 '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 감소하면 부력이 감소한다. 따라서 부력과 중력의 평형이 깨져 '잠수부'는 가라앉는다. 용기에 가해지던 압력을 제거하면 '잠수부' 안의 공기가 다시 팽창하여 부력이 증가하고, '잠수부'는 다시 수면 위로 떠오른다.

만약 '잠수부'의 무게와 '잠수부'가 밀어내는 물의 무게가 같다면 부력과 중력이 평형을 이루어 '잠수부'는 수면에 뜨지도, 밑바닥에 가라앉지도 않고 용기의 중간쯤에 떠 있게 된다. 하지만 실제로는 불안정한 평형 상태가 된다. 잠수부가 현재 깊이에서 조금이라도 벗어나면 잠수부 위에 있는 물의 무게 변화로 인해 잠수부 내부의 기포에 가해지는 압력이 변한다. 잠수부가 약간 상승하면 기포에 가해지는 압력이 감소하고 기포가 팽창하여 더 많은 물을 밀어내고 잠수부는 더욱 긍정적인 부력을 갖게 되어 더욱 빠르게 상승한다. 반대로 잠수부가 조금이라도 내려가면 압력이 증가하고 기포가 수축하여 추가적인 물이 들어가고 잠수부의 부력이 감소하며, 물의 압력이 더욱 상승함에 따라 하강 속도가 빨라진다. 이러한 양의 피드백은 시스템의 무작위 열적 변동으로 인한 것이라도 평형에서 벗어나는 모든 변화를 증폭시킨다.

thumb 라우샤(Lauscha)]]

4. 활용

데카르트 잠수부의 원리는 '워터 댄서'나 '워터 데빌'이라 불리는 장난감 제작에 사용된다. 또한, 액체의 유압을 측정하는 도구로도 활용될 수 있다. 1950년대 영국에서는 시리얼 식품 상자의 부록으로 플라스틱 부침자가 제공되기도 하였다.

4. 1. 장난감

실제로 데카르트 잠수부의 원리는 '''워터 댄서''' 또는 '''물 악마'''라고 불리는 장난감을 만드는 데에 사용된다. 사용되는 원리는 같지만 '잠수부'는 관 대신 특성을 가지는 장식된 물체로 대체된다. 이 물체의 아랫부분에는 부력의 균형을 맞추기 위한 작은 관이 있어 '잠수부' 역할을 할 수 있다. 예를 들어
데카르트 잠수부의 원리가 적용된 유리 공예품. 꼬리부분에 꼬여진 작은 관이 보인다.
와 같은 빨간 유리 공예품은 데카르트 잠수부의 원리가 사용되는 장난감 중 하나로, 꼬리 부분에 작은 관이 있어 가해지는 압력에 따라 뜨고 가라앉는다. 특이한 점은 이 관이 약간 꼬여 있어서 물이 드나들 때 회전이 생기고, 이는 장난감이 돌면서 뜨고 가라앉게 한다는 것이다.

한편 '잠수부'는 작은 풍선이나 종이클립으로 밑부분이 고정된 구부러진 빨대 등 다양한 재료로 만들 수 있으며, 액체의 유압을 측정하는 도구로써 이용될 수도 있다.

이 실험에는 큰 물병이 필요하며, 그 안에 "잠수부"가 들어 있다. "잠수부"는 점안기와 매우 유사하며 거의 중성 부력을 가지도록 한쪽 끝이 열린 작은 강성 튜브이다.

"잠수"는 더 큰 용기의 유연한 부분을 안으로 누르면 발생한다. 이렇게 하면 더 큰 용기 내부의 압력이 증가하여 "잠수부"가 압력이 해제될 때까지 바닥으로 가라앉았다가 다시 표면으로 떠오른다.

잠수부에는 긍정적인 부력을 갖도록 충분한 공기가 있다. 따라서 잠수부는 물 표면에 떠 있는데, 파스칼의 법칙에 따라 밀폐된 용기를 짜면 공기의 압력이 증가하며, 이 압력의 일부는 밀폐된 용기의 "벽"을 구성하는 물에 가해진다. 이 물은 다시 잠수부 내부의 공기 방울에 추가적인 압력을 가한다. 잠수부 내부의 공기는 압축 가능하지만 물은 비압축성 유체이기 때문에 공기의 부피는 감소하지만 물의 부피는 팽창하지 않으므로 잠수부 외부에 가해지는 압력은 a) 이미 잠수부 안에 있는 물을 더 안으로 밀어 넣고 b) 잠수부 외부의 물을 잠수부 안으로 밀어 넣는다. 공기 방울이 작아지고 더 많은 물이 잠수부 안으로 들어가면 잠수부는 자체 무게보다 적은 양의 물의 변위를 일으키므로 음의 부력을 갖게 되어 아르키메데스의 원리에 따라 가라앉는다. 용기에 가해지는 압력이 해제되면 공기가 다시 팽창하여 변위되는 물의 무게가 증가하고 잠수부는 다시 긍정적인 부력을 갖게 되어 떠오른다.

이 원리는 종종 "워터 댄서(water dancers)" 또는 "워터 데빌(water devils)"이라고 불리는 소형 장난감에 이용된다.[1] 원리는 같지만, 피펫은 동일한 특성을 가진 거의 중립적인 부력을 가진 튜브로 대체된다. 예를 들어, 입으로 불어 만든 유리 거품이 있는데, 유리 거품 꼬리에 비틀림을 주면 유리 거품 안으로, 그리고 밖으로 물이 흘러 들어가 회전을 만든다. 이 때문에 장난감은 상하로 움직일 때 힘차게 회전한다. 이러한 장난감의 한 예로, 여기에 표시된 빨간 "악마"("devil")가 있다. 이것 역시 액체의 압력을 측정한다는 실제적인 용도가 있다.

1950년대 영국에서는 플라스틱 부침자가 상자에 담긴 시리얼 식품의 부록으로 제공되었다.

4. 2. 유체 압력 측정

'잠수부'는 작은 풍선이나 종이클립으로 밑부분이 고정된 구부러진 빨대 등 다양한 재료로 만들 수 있으며, 액체의 유압을 측정하는 도구로써 이용될 수도 있다. 실제로 데카르트 잠수부의 원리는 '''워터 댄서''' 또는 '''물 악마'''라고 불리는 장난감을 만드는 데에 사용된다. 이 경우 사용되는 원리는 같지만 '잠수부'로써 관 대신 특성을 가지는 장식된 물체로 대체된다. 이 물체의 아랫부분에는 부력의 균형을 맞추기 위한 작은 관이 있기 때문에 '잠수부'로써의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 빨간 유리 공예품 또한 데카르트 잠수부의 원리가 사용되는 장난감 중 하나로 꼬리 부분에 작은 관이 있어서 가해지는 압력에 따라 뜨고 가라앉는다. 특이한 점은 이 관이 약간 꼬여 있어서 물이 드나들 때 회전이 생기고, 이는 장난감이 돌면서 뜨고 가라앉게 한다.

4. 3. 과학교육

이 실험에는 큰 물병과 그 안에 "잠수부"가 필요하다. 잠수부는 한쪽 끝이 열린 작은 강성 튜브로, 점안기와 매우 유사하며 거의 중성 부력을 가지도록 충분한 공기를 가지고 있지만, 거의 완전히 잠수된 상태에서도 위에 떠 있을 정도로 충분한 부력을 가지고 있다.

"잠수"는 더 큰 용기의 유연한 부분을 안으로 누르면 발생한다. 이렇게 하면 더 큰 용기 내부의 압력이 증가하여 "잠수부"가 압력이 해제될 때까지 바닥으로 가라앉았다가 다시 표면으로 떠오른다. 용기가 유리병과 같이 단단하면 병을 밀봉하는 코르크가 안으로 눌리거나 밖으로 당겨진다.

잠수부에는 긍정적인 부력을 갖도록 충분한 공기가 있다. 따라서 잠수부는 물 표면에 떠 있다. 파스칼의 법칙의 결과로, 밀폐된 용기를 짜면 공기의 압력이 증가하며, 이 압력의 일부는 밀폐된 용기의 "벽"을 구성하는 물에 가해진다. 이 물은 다시 잠수부 내부의 공기 방울에 추가적인 압력을 가한다. 잠수부 내부의 공기는 압축 가능하지만 물은 비압축성 유체이기 때문에 공기의 부피는 감소하지만 물의 부피는 팽창하지 않으므로 잠수부 외부에 가해지는 압력은 a) 이미 잠수부 안에 있는 물을 더 안으로 밀어 넣고 b) 잠수부 외부의 물을 잠수부 안으로 밀어 넣는다. 공기 방울이 작아지고 더 많은 물이 잠수부 안으로 들어가면 잠수부는 자체 무게보다 적은 양의 물의 변위를 일으키므로 음의 부력을 갖게 되어 아르키메데스의 원리에 따라 가라앉는다. 용기에 가해지는 압력이 해제되면 공기가 다시 팽창하여 변위되는 물의 무게가 증가하고 잠수부는 다시 긍정적인 부력을 갖게 되어 떠오른다.

변위된 물의 무게가 잠수부의 무게와 정확히 일치하면 잠수부가 올라가지도 않고 가라앉지도 않고 용기 중간에 떠 있을 것이라고 생각할 수 있지만, 실제로 이렇게 되지는 않는다. 이러한 상태가 어느 시점에서 존재한다고 가정할 때, 잠수부가 현재 깊이에서 벗어나면 아무리 작더라도 용기 내의 잠수부 위의 물의 무게 변화로 인해 잠수부 내부의 기포에 가해지는 압력이 변경된다. 이것은 불안정한 평형이다. 잠수부가 약간이라도 상승하면 기포에 가해지는 압력이 감소하고 기포가 팽창하여 더 많은 물을 변위시키고 잠수부는 더욱 긍정적인 부력을 갖게 되어 더욱 빠르게 상승한다. 반대로 잠수부가 조금이라도 내려가면 압력이 증가하고 기포가 수축하여 추가적인 물이 들어가고 잠수부의 부력이 감소하며, 물의 압력이 더욱 상승함에 따라 하강 속도가 빨라진다.

실제로 데카르트 잠수부의 원리는 '''워터 댄서''' 또는 '''물 악마'''라고 불리는 장난감을 만드는 데에 사용된다. 이 경우 사용되는 원리는 같지만 '잠수부'로써 관 대신 특성을 가지는 장식된 물체로 대체된다. 이 물체의 아랫부분에는 부력의 균형을 맞추기 위한 작은 관이 있기 때문에 '잠수부'로써의 역할을 할 수 있다. 예를 들면 왼쪽의 그림과 같은 빨간 유리 공예품 또한 데카르트 잠수부의 원리가 사용되는 장난감 중 하나로 꼬리 부분에 작은 관이 있어서 가해지는 압력에 따라 뜨고 가라앉는다. 특이한 점은 이 관이 약간 꼬여 있어서 물이 드나들 때 회전이 생기고, 이는 장난감이 돌면서 뜨고 가라앉게 한다.

한편 '잠수부'는 작은 풍선이나 종이클립으로 밑부분이 고정된 구부러진 빨대 등 다양한 재료로 만들 수 있으며, 액체의 유압을 측정하는 도구로써 이용될 수도 있다.

5. 기타

"데카르트 잠수부"라는 이름은 르네 데카르트가 이 장난감을 발명했다는 이야기에서 유래되었다고 알려져 있다.[1] 타원형 플라스틱 병을 사용하면 압력을 가했을 때 병의 부피가 증가하여 잠수부가 떠오르는 현상을 볼 수 있다.[1]

참조

[1] 서적 2018
[2] 서적 マイペディア 平凡社
[3] 서적 たのしくわかる物理実験事典 東京書籍
[4] 간행물 浮力の授業の効果的な展開について 日本物理教育学会
[5] 서적 おもしろ実験・ものづくり事典 東京書籍



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