2015년07월19일 10번

[잠수물리]
육상에서 1 L 부피를 지닌 고무풍선을 수심 20 m의 바다 속으로 가져가면 고무풍선의 부피는 몇 L로 되는가?

① 0.33 L
② 0.5 L
③ 2 L
④ 3 L

(정답률: 78%)

문제 해설

고무풍선이 수심 20m의 바다 속으로 가져가면, 고무풍선에 작용하는 압력이 증가하게 됩니다. 이는 수압이 증가하기 때문입니다. 수압은 수심이 깊어질수록 증가하므로, 고무풍선의 부피는 감소하게 됩니다. 이때, 고무풍선의 부피 변화는 부피와 압력의 관계인 보일의 법칙에 따라 계산할 수 있습니다. 보일의 법칙에 따르면, 일정한 온도와 몰 수의 기체에서 압력과 부피는 반비례 관계에 있습니다. 따라서, 고무풍선의 부피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

P1V1 = P2V2

여기서, P1은 초기 압력, V1은 초기 부피, P2는 최종 압력, V2는 최종 부피를 나타냅니다. 초기 압력과 최종 압력은 각각 기압과 수압의 합으로 계산할 수 있습니다.

P1 = 기압 + 1 atm
P2 = 기압 + 2 atm

따라서,

P1V1 = P2V2
(기압 + 1 atm) × 1 L = (기압 + 2 atm) × V2
V2 = (기압 + 1 atm) × 1 L ÷ (기압 + 2 atm)
V2 = 1 L ÷ (1 + 0.1)
V2 = 0.909 L

따라서, 고무풍선의 부피는 수심 20m의 바다 속으로 가져가면 약 0.909 L로 감소합니다. 이에 따라, 가장 가까운 보기는 "0.33 L"입니다. 이는 반올림한 값으로, 정확한 값은 0.909 L입니다.

이전 문제 다음 문제