압력(pressure)과 파스칼의 원리(pascal's law)

오늘은 압력과 파스칼의 원리에 대해 이야기해보겠습니다. 

압력이라는 단어 많이 들어 보셨을 겁니다. 

고기압, 저기압. 날씨 예보에서 ..

일단 압력의 단위를 이야기해보겠습니다. 

압력의 단위는 pa(pascal)입니다. 

파스칼은 pa라고 쓰고, 의미는 단위 면적당 힘(면과 수직 방향으로 미는 힘)입니다. 

힘의 단위는 N(newton)입니다. 그리고 N= kg m/s^2로 나타낼 수 있습니다. 

1뉴튼은 9.8kg의 질량이 1m/s^2의 가속도를 가질 때의 힘입니다. 

그럼 이제 압력의 단위를 알았으니 파스칼의 원리에 대해 알아볼까요?

파스칼의 원리는 간단합니다.  밀폐 용기 속의 유체 한쪽 부분에 주어진 압력은 그 세기에는 변함없이 같은 크기로 액체의 각 부분에 골고루 전달된다는 법칙입니다. (from Naver 지식백과)
잘 이해가 안 되시죠?..
콜라캔 안의 압력은 어느 부분이나 일정하다고 하면 어떨까요?
풍선 내부의 공기가 단위 면적당 밀어내는 힘은 동일하다.​
즉 어떤 공간의 압력은 동일하다고 생각하시면 됩니다. 
이것을 잘 이용한 것이 자동차 브레이크입니다. 

운전을 하다가 브레이크를 밟았는데 1.5~2ton에 달하고, 100km/h 이상 달리는 자동차가 몇 초 안에 정지해버 리거나 속도를 줄이는 것은 파스칼의 원리를 잘 이용하는 좋은 예입니다. 
아까 말씀드린 밀폐공간의 유체는 용기에 동일한 압력을 가한다. 잘 기억하고 계시죠? 

자동차 브레이크를 예로 들어 보겠습니다. 

p(압력)=f(힘)/A(면적)의 정의와 함께 위의 그림을 보시면 이해가 잘 될 것 같습니다. 

F1이라는 힘으로 브레이크를 밟습니다. 브레이크페달은 윤활유가 들어있는 튜브에 면적 A1에 F1이라는 힘을 가해서 pa1의 압력을 만들어 냅니다. 파스칼의 원리는 이때 생기는 압력은 어느 위치에서나 같다는 것입니다. 


이때 만들어진 압력은 자동차 바퀴의 브레이크 패드에도 동일한 압력이 형성됩니다. p1(패달)=p2(패드)이 되는 것입니다. 그럼 p2는 면적이 넓기 때문에 f2가 커지게 됩니다. 운전자가 작은 힘으로 브레이크 페달을 밟지만 큰 힘으로 변환이 되어 빠르게 달려나가는 자동차의 브레이크 패드에 힘을 가하여 속도를 줄여 버리는 원리입니다. 

동일한 힘의 손가락으로 피부를 누르는 거와 바늘로 피부를 누르는 건 다르다는 의미입니다. 바늘이 피부를 뚫고 들어갈 수 있는 것은 면적이 아주 작기 때문에 f가 엄청 커져 버리는 것이죠. 

이야기가 길어져 버렸습니다. ^^

다음에는 압력의 또 다른 예를 가지고 이야기해보도록 하겠습니다.