부력

혹시 물속에 몸을 맡기고 편안하게 누워본 적 있나요? 마치 보이지 않는 거대한 손이 당신의 등을 부드럽게 받쳐주며 물 표면으로 살며시 밀어 올리는 듯한 신비로운 느낌을 말이에요. 숲속 커다란 통나무가 호수 위에서 유유히 떠다니고, 수천 톤에 달하는 거대한 강철 배가 드넓은 바다 위에서 평화롭게 휴식을 취하는 모습을 상상해 보세요. 어떻게 그렇게 무거운 것들이 물속으로 가라앉지 않고 떠 있을 수 있을까요? 그 비밀은 바로 저에게 있습니다. 저는 물체와 액체, 그리고 공기 사이에서 조용히 작용하는 힘입니다. 사람들은 아주 오래전부터 저의 존재를 어렴풋이 느끼고 있었지만, 제 이름이나 원리를 정확히 알지는 못했습니다. 그들은 저를 이용해 강을 건너고 바다를 항해했지만, 그저 당연한 현상으로만 여겼죠. 저는 거인들을 물 위에 떠 있게 하는 비밀입니다. 제가 있기에 당신은 호수 한가운데서 하늘의 구름을 바라보며 편안히 누워 있을 수 있습니다. 저는 부력입니다.

수천 년 동안 사람들은 저를 이해하지 못한 채 저를 이용했습니다. 그들은 갈대로 배를 만들고 뗏목을 엮어 강을 건넜지만, 왜 그것들이 가라앉지 않는지는 알지 못했죠. 저에 대한 비밀이 풀리기 시작한 것은 아주 먼 옛날, 기원전 3세기의 일입니다. 고대 그리스의 아름다운 섬 시칠리아에 있는 시라쿠사라는 도시로 시간 여행을 떠나봅시다. 그곳에는 히에로 2세라는 왕과, 역사상 가장 위대한 과학자 중 한 명으로 꼽히는 아르키메데스라는 아주 똑똑한 학자가 살고 있었습니다. 어느 날, 히에로 2세 왕은 금세공인에게 순금으로 새로운 왕관을 만들라고 명령했습니다. 왕관은 눈부시게 아름다웠지만, 왕은 문득 의심이 들었습니다. 혹시 교활한 세공인이 금에 값싼 은을 섞고 일부 금을 훔쳐 가지는 않았을까? 왕은 왕관을 망가뜨리지 않고 이 사실을 증명해내라고 아르키메데스에게 어려운 숙제를 내주었습니다. 아르키메데스는 몇 날 며칠을 고민했지만, 좋은 방법이 떠오르지 않았습니다. 그러던 어느 날, 그는 생각을 정리하기 위해 공중목욕탕을 찾았습니다. 그가 물이 가득 찬 욕조에 몸을 담그자, 물이 욕조 밖으로 넘쳐흘렀습니다. 바로 그 순간, 그의 머릿속에 번개처럼 놀라운 생각이 스쳐 지나갔습니다! 그는 넘쳐흐른 물의 양이 바로 욕조에 들어간 자기 몸의 부피와 같다는 것을 깨달았습니다. 그리고 물속에서 자신의 몸이 평소보다 가볍게 느껴지는 이유가 바로 저, 부력 때문이라는 것을 직감했습니다. 너무나 기쁜 나머지 그는 “유레카! 유레카!”라고 외치며 벌거벗은 채로 집까지 달려갔다고 전해집니다. ‘유레카’는 그리스어로 ‘알아냈다!’라는 뜻입니다. 그는 이 원리를 이용해 왕의 문제를 해결했습니다. 그는 왕관과 똑같은 무게의 순금 덩어리를 준비했습니다. 그리고 두 물체를 각각 물이 가득 담긴 그릇에 넣어 넘쳐흐르는 물의 양을 비교했습니다. 만약 왕관이 순금 덩어리보다 더 많은 물을 밀어냈다면, 그것은 왕관의 부피가 더 크다는 뜻이고, 이는 순금보다 밀도가 낮은 은과 같은 다른 금속이 섞였다는 증거였습니다. 결과는 아르키메데스의 예상대로였고, 그는 왕관이 순금이 아니라는 것을 증명해냈습니다. 이 발견을 통해 그는 제가 물체를 위로 밀어 올리는 힘은 그 물체가 밀어낸 액체의 무게와 같다는 위대한 원리를 세상에 알렸습니다. 이것이 바로 '아르키메데스의 원리'입니다.

아르키메데스의 발견은 세상을 바꾸었습니다. 이제 사람들은 저를 단지 이용하는 것을 넘어, 저의 힘을 정확히 계산하고 예측하여 활용할 수 있게 되었습니다. 그의 원리는 공학자들에게 더 크고, 더 무거운 짐을 실을 수 있으며, 더 안전한 배를 설계할 수 있는 열쇠를 주었습니다. 사람들은 강철처럼 물보다 훨씬 무거운 재료로 어떻게 배를 만들 수 있는지 이해하게 되었습니다. 비밀은 바로 배의 모양에 있습니다. 강철을 속이 텅 빈 거대한 그릇 모양으로 만들면, 배는 엄청난 양의 물을 밀어낼 수 있습니다. 배가 밀어내는 물의 무게가 배 전체의 무게보다 더 크기만 하다면, 저는 배를 거뜬히 물 위로 들어 올릴 수 있습니다. 오늘날 수만 개의 컨테이너를 싣고 대양을 항해하는 거대한 화물선들도 바로 이 원리 덕분에 떠 있는 것입니다. 저의 원리를 가장 정교하게 이용하는 발명품도 있습니다. 바로 바다 깊은 곳을 탐험하는 잠수함입니다. 잠수함은 ‘밸러스트 탱크’라는 특별한 공간을 가지고 있습니다. 잠수함이 물속으로 가라앉고 싶을 때는 이 탱크에 바닷물을 채워 무게를 늘립니다. 반대로 물 위로 떠오르고 싶을 때는 압축 공기를 이용해 탱크 안의 물을 밖으로 밀어내고 무게를 줄입니다. 이렇게 저의 힘을 자유자재로 조절하며 잠수함은 심해의 비밀을 탐사하는 것이죠. 제 힘은 물속에서만 작용하는 것이 아닙니다. 저는 공기 중에서도 힘을 발휘합니다. 커다란 열기구가 파란 하늘로 떠오르는 것도 저의 도움 덕분입니다. 열기구 안의 공기를 뜨겁게 데우면, 주변의 차가운 공기보다 밀도가 낮아져 가벼워집니다. 그러면 열기구가 밀어내는 차가운 공기의 무게가 열기구 전체의 무게보다 무거워지고, 저는 열기구를 위로 힘껏 밀어 올립니다.

이제 당신은 주변 어디에서나 저를 발견할 수 있습니다. 목욕할 때 욕조에 동동 떠 있는 고무 오리 장난감, 낚시할 때 사용하는 찌, 그리고 물놀이를 할 때 당신을 안전하게 지켜주는 구명조끼까지, 저는 항상 당신 곁에서 조용히 제 역할을 하고 있습니다. 저는 자연의 근본적인 힘 중 하나이며, 올바른 모양과 과학적 이해만 있다면 가장 무거운 짐도 거뜬히 들어 올릴 수 있다는 것을 보여주는 살아있는 증거입니다. 저는 물속에서나 공기 중에서나 당신의 보이지 않는 친구이며, 언제나 당신에게 도움의 손길을 내밀 준비가 되어 있습니다.