한 변의 길이가 20cm인 정육면체 물체가 물에 떠 있으며, 수면 아래… | [소방설비기사(기계) 필기] 23년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[소방설비기사(기계) 필기] 23년 2회차

한 변의 길이가 20cm인 정육면체 물체가 물에 떠 있으며, 수면 아래로 15cm 깊이까지 잠겨 있다. 이 물체를 물속에 완전히 잠기게 하기 위해 연직 아래 방향으로 눌러야 하는 최소 힘은 약 몇 N인가? (단, 물의 밀도는 $1000$ kg/m³, 중력가속도는 $9.8$ m/s²이다.)

9.8

19.6

58.8

78.4

해설

연직 아래 방향으로 눌러야 하는 최소 힘은 늘어난 부력만큼이므로 19.6 N이다.
물에 떠 있는 물체는 무게와 부력이 평형이므로, 물체의 무게는 잠긴 부피에 작용하는 부력과 같다.
 $W = \rho_w g V_{sub} = 1000\times9.8\times(0.2\times0.2\times0.15) = 58.8$  N
물속에 완전히 잠기면 부력이 전체 부피에 작용한다.
 $F_B = \rho_w g V = 1000\times9.8\times(0.2\times0.2\times0.2) = 78.4$  N
 $F = F_B - W = 78.4 - 58.8 = 19.6$  N

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