SCIENCE 3D | 잠수함

무슨 일이 일어났나

잠수함에는 바닷물을 넣었다 뺄 수 있는 밸러스트 탱크가 있어, 이것으로 부력을 조절합니다(미 해군 해저 박물관).

가라앉을 때는 탱크에 바닷물을 채워 무겁게 하고, 떠오를 때는 저장해 둔 압축 공기로 탱크의 물을 밀어 냅니다.

시뮬레이터에서 탱크가 빈 모형의 평균 밀도를 900 kg/m³ 로 두면 바닷물(대표 값 1,025 kg/m³) 위에 떠서 부피의 0.878 이 잠깁니다. 탱크에 선체 부피의 0.2 만큼 물을 넣으면 평균 밀도 1,110 kg/m³ 로 바닥까지 가라앉고, 0.12 만 넣으면 1,020 kg/m³ 남짓으로 바닷물과 거의 같아져 물속에서 아주 천천히 떠오릅니다(위로 남는 힘 19.6 mN).

바깥 물 압력은 NOAA 가 적은 대로 10.06 m 내려갈 때마다 1 기압씩 늘어나므로, 잠수함 선체는 깊이 내려갈수록 큰 압력을 견뎌야 합니다.

미 해군은 1900 년 10 월 12 일 첫 잠수함 홀랜드 호를 취역시켰고, 이 배에도 주 밸러스트와 보조 밸러스트 장치가 따로 있었습니다.

📸 진짜 모습

심해 연구 잠수정 «벤 프랭클린» 호가 바닷속으로 들어가기 전, 미국 동부 앞바다에 떠 있습니다.
출처: NASA · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

수영장에서 숨을 크게 들이마시면 몸이 잘 뜨고 숨을 내쉬면 가라앉는 것도, 몸속 공기의 양으로 평균 밀도를 바꾸는 셈입니다.
욕조에 빈 플라스틱 병을 띄우고 물을 조금씩 채워 넣으면, 병이 점점 깊이 잠기다가 가득 차면 가라앉습니다 — 잠수함 탱크에 물을 채우는 것과 같습니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

밸러스트 탱크 — 바닷물을 채우거나 비워 잠수함 전체의 무게, 곧 평균 밀도를 바꿉니다.
압축 공기 통 — 떠오를 때 높은 압력의 공기를 탱크로 보내 물을 밀어 냅니다.
물 드나드는 밸브 — 열면 탱크로 바닷물이 들어오고, 공기로 밀면 물이 이곳으로 빠져나갑니다.
튼튼한 선체 — 깊이에 따라 커지는 바깥 물 압력을 견딥니다.

물 위에 떠 있을 때는 탱크가 공기로 차 있어 평균 밀도가 바닷물보다 작습니다.
밸브를 열어 탱크에 바닷물을 채우면 무거워져 평균 밀도가 바닷물보다 커지고 가라앉습니다.
원하는 깊이에서는 넣은 물의 양을 맞춰 무게와 부력이 거의 같아지게 합니다.
떠오를 때는 압축 공기를 탱크에 불어 넣어 물을 밀어 내고, 가벼워진 잠수함이 위로 올라갑니다.

확인된 값

잠수함의 밸러스트 탱크는 부력을 조절한다: 부력 조절 출처
물에 잠기려면 밸러스트 탱크에 물을 채운다: 물 채움 → 잠수 출처
떠오르려면 저장한 압축 공기로 탱크의 물을 불어 낸다: 압축 공기 → 부상 출처
미 해군 첫 잠수함 홀랜드 호 취역일: 1900-10-12 출처
홀랜드 호의 주 · 보조 밸러스트 장치: 주 · 보조 밸러스트 출처
깊이 10.06 m 마다 1 기압씩 늘어나는 바깥 물 압력: 10.06 m 출처
바닷물 밀도 대표 값 (NOAA NCEI): 1025 kg/m³ 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학(중학교) · 힘의 작용 [9과05-02]
일본 · 中学校第1分野 (5) 運動とエネルギー

출처

https://www.navalunderseamuseum.org/wp-content/uploads/2020/06/Ballast-and-Buoyancy.pdf(확인 2026-11-12)
https://navalunderseamuseum.org/undersea-pioneers2/(확인 2026-11-12)
https://oceanservice.noaa.gov/facts/pressure.html(확인 2026-11-12)
https://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOD/wod18-notes.html(확인 2026-11-12)

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