유체가 가진 성질 '파스칼의 원리'란?

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유체의 성질에 대한 파스칼(Pascal)의 원리

 

 

작은 힘으로 무거운 물건을 들어 올리거나 움직이려면 지렛대나 도르래, 또는 유압기(油壓器)를 이용한다. 무거운 짐을 싣고 달리는 트럭이라도 브레이크를 살짝 밟으면, 바퀴에 큰 힘이 작용하여 멈추게 된다. 자동차의 이러한 브레이크는 파스칼의 원리를 적용한 유압장치에 의해 큰 힘이 작용하는 것이다. 자동차 서비스 센터에서 차를 가볍게 들어 올리는 것도 유압기이다. 유압기에서는 기름 대신 물을 채워 사용할 수도 있으나, 장치에 녹이 생기는 것을 막기 위해 기름을 주로 사용한다.

 

기체와 액체는 고체처럼 굳어 있지 않고 흐를 수 있기 때문에 이런 것을 유체(流體)라 한다. 고무풍선의 바람구멍으로 공기를 불어넣으면, 고무풍선은 전체가 동시에 부풀게 된다. 이것은 ‘밀폐된 공간 속의 유체에 압력을 주면, 그 힘은 모든 방향으로 동일하게 작용하기’ 때문이다. 이것을 ‘파스칼의 원리’(Pacal's Principle), ‘파스칼의 법칙', 또는 '유체압력 전달의 원리’(Principle of transmission of fluid pressure)라 말한다.

 

주사기에 물을 넣고 바늘구멍을 손가락으로 막은 상태로 피스톤을 누르면, 물에 작용하는 힘은 주사기 내부 전체에 동일하게 작용한다. 이때 주사바늘 구멍을 막은 손가락을 떼면, 물은 좁은 구멍을 통해 세차게 빠져나간다. 만일 주사기 펌프의 면적이 바늘구멍의 면적보다 20배 넓다면, 바늘구멍에는 피스톤에 작용한 힘의 20배 힘이 작용하게 된다.

 

유체의 이러한 성질은 프랑스의 수학자이며 물리학자인 동시에 종교 철학자였던 블레즈 파스칼(Blaise Pascal, 1623-1662)에 의해 처음 알려졌다. 아래 그림은 파스칼의 원리를 설명한다.

 

 

 

 

그림에서, A2의 면적이 A1보다 10배 넓은 경우, A1에 F1의 힘이 작용한다면, (같은 면적에 같은 힘이 작용하므로) A2에는 10배의 힘이 작용하게 된다. 즉 A2에 자동차를 얹어두었다면, A1에서 약간의 힘만 주어도 자동차를 쉽게 들어 올릴 수 있게 된다. A1이 자동차의 브레이크 페달이라면, A2는 큰 힘으로 바퀴의 회전을 멈추도록 마찰력을 작용시키는 부분(디스크)이다.

 

 

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