(도움말) 최대한 쉽게 쓰려고 하였습니다만 부력, 중력, 중력가속도, 밀도, 비중, 벡터 등과 같은 용어에 대한 약간의 전문지식을 가진 것으로 가정하였습니다.
그림 없이 글로만 작성하다 보니 상당히 긴 글이 되었습니다만, 약 15분 정도 집중하여 정독하면 이해하실 수 있으리라 봅니다.

I. "부상력"이 아니라 잔존부력이다.
-2009년2월
-인터넷바다낚시회원 스펙트라

필자는 본 사이트의 “우째 이런 일이“ 코너에서
찌에 관한 부력표시 정확성 논쟁의 글을 최근에야 알게 되었고, 찌에 표시된 부력의 정확성을 떠나
논쟁하는 내용 중에 ”부상력” 이란 용어를 접하게 되었습니다.
부력이 부상력과는 별개이며, 이제까지 없었던 부상력의 개념을 처음 정립하고,
더구나 부상력 측정기까지 발명하여 특허를 획득하였다고 하는 분
(인터넷바다낚시 닉네임: 무한여유)이 있어서 그분의 주장을 곰곰이 생각하게 되었습니다.

특허청에 등록된 특허의 내용도 검토하여 보았으나,
국가기관이 심사를 완료하고, 이미 등록된 특허내용의 사실여부나 발명품의 기능여부에 대해
왈가왈부하는 것은 출원자에 대한 예의도 아니고, 더구나 자격도 없는 필자의 관심사항도 아니고,
또 이 글의 주제를 벗어나기 때문에 다루지 않겠습니다.
특허기관의 등록은 공신력 있는 제3자가 출원자의 발명품에 대해
창의적 요소를 충분히 검토하고 심사하여 인정을 하였다는 증명이므로,
출원자의 창의적, 지적 활동의 결과물은 그 자체로 당연히 존중받아야 합니다.

이 글에서는 과연 부력이 소위 “부상력”과는 별개이며
이제까지 없었던 “부상력”이란 개념을 처음 정립하였다고 주장하는 부분에 맞추어,
필자는 필자의 지식과 경험에 비추어
부상력이란 개념은 실체가 없다 라는 반론을 펼치고, 그 대안을 제시하고자 합니다.
낚시를 즐기는 데 있어서 중요한 요소는 될 수 없지만, 개념을 정립하고 보급하여 교양으로 축적하고
상호간의 소통에 있어서 의견차를 없애는 것도 의미 있는 일입니다.

우선 주장하는 부상력이 무엇인지, 부상력의 개념을 확인하고자 여기저기 탐색 하였습니다.
제가 소장하고 있는 색 바랜 전공서적에서, 야후나 구글에서 키워드로,
대형서점에서 유체역학이나 초급역학 책에서 색인으로 찾아 보았으나
특별히 도움이 되거나 참조할 만한 내용이 없었습니다.
책 놓은 지 20여년이 지난 사이에 이미 고전이 되어버린 역학분야에서
뭔가 새로운 내용이 추가 되었나 하는 호기심 반으로 이리저리 돌아다닌 끝에
오히려 여기 낚시기법코너에 <무한여유>님이 발표한 컬럼 1004번- “봉돌, 수중찌 알아도 소용없다“ 에
이 부상력이 친절히 설명되어 있음을 알게 되어, 역시 등잔 밑이 어둡구나 하면서
분명히 한번은 읽었을 텐데 왜 그때는 지나쳤을까 하는 스스로의 의문도 가져 보았습니다.

위 컬럼에서 기술하는 바에 따르면,

“...유체(바닷물) 내에서의 전체부피에 작용하는 부력에서 무게를 뺀 값이 되고
이것이 부상력입니다.”
http://www.internet-seafishing.com/php/board.php?board=estechnic&page=2&command=body&no=1092

이 말을 해설하고 요약하면, 어떤 물체(찌, 봉돌 등이)가 유체(바닷물)내에서 잠겨있을 때,
물체에 작용하는 “부상력”이란

(물체의 부상력) = (물체의 부력) - (물체의 무게)

로 압축됩니다.

“부상”이란 단어는 현재 기준보다 더 높은 곳으로 향하거나 공간적으로 뜨는 것을 의미하는데,
대개 내부 동력과 같은 스스로의 힘에 의해 뜨는 것을 지칭한다고 볼 수 있습니다.
예를 들어 자기“부상”열차, 잠수함이 물속에서 “부상”하다, 로켓이 하늘로 "부상"하다,
그의 인기가 갑자기 “부상”하였다 등등.
찌가 “부상”하였다는 것은 좀 애매합니다.

부상력 측정기 발명에 대한 특허내용의 전문에 (http://patent2.kipris.or.kr) 의하면
흥미롭게도 “부상력”을 “Levitation Power” 라고 번역하고 있습니다.
여기서 “부상”은 Levitation 으로 번역된다고 볼 수 있습니다.
번역은 변리사가 했을지 모르나 출원자의 동의를 기반으로 원고가 작성되었으니
출원자의 개념이 그대로 반영되었을 수 있습니다.
(필자 역시 특허출원 경험이 있음을 밝힙니다.)

“부상”을 Levitation 이라고 번역하는 것은 필자가 보기엔 더욱 심각한 것으로 보는데
영어적 의미에서 Levitation은 가볍다가 어원인데 공중부양 등과 같은 초자연적인 현상의 의미가 강하고,
물리적인 의미로 쓰일 때는 물리적 접촉이 없는 상태에서 중력에 대항하여
공간에 뜨는 현상을 지칭합니다.
일반인이 보기에 신기한 초자연적인 현상일 수 있습니다.
자기부상을 Magnetic levitation 이라고 하는 것이 그 좋은 예가 됩니다.
찌는 물 위로 부상하여 스스로 공중에 떠 있지는 않습니다.
덧붙이자면 부상력을 levitation power 라고 번역하는 것은 넌센스이고,
굳이 한다면 levitation force가 조금 더 타당할지도 모르겠습니다.
일상에서 파워와 힘을 혼동하는 것은 흔한 일이나, 세계인이 열람하는 특허문서인데
용어사용의 신중한 검토가 여기서도 필요합니다.

물속에서 노는 찌와 관련되어 해설하기에는
이미 기원전에 정립된 아르키메데스 원리가 근본인 “부력” 이란 정립된 전문용어가 있습니다.
대부분의 전문용어가 그렇듯이 부력이란 용어 역시 일본에서 수입된 용어로 이해하는데
아직 이를 대체할 전문용어는 없고 현재 우리말로 “뜰힘”으로 규정되어 있습니다.
영어로 buoyancy force 라고 하며
근원적으로는 유체에 작용하는 중력에 의한 수직 방향의 압력차이 때문에 발생합니다.

아르키메데스 원리가 무엇입니까?
어떤 물체가 유체에(물속에) 잠기게 되면, 그 물체는 유체로부터 어떤 힘을 받게 되는데 그 힘이 부력이며,
부력의 크기는 오늘날의 지식을 빌리면

(부력의 크기) = (물체의 잠긴 부피) x (유체의 밀도) x (중력가속도)

로 표현되고, 그 힘의 방향은 항상 중력방향과는 정반대로 작용합니다.
따라서 물체를 받쳐주는 힘으로 해석되어 중력에 대항하여 물체를 뜨게 하는 요인으로 작용하기 때문에
부력 또는 뜰힘으로 표현하는 것은 타당합니다.
그러나 부력 자체는 물체가 유체에서 가라 앉느냐(sink), 뜨는냐 (float) 하고는 별개입니다.
물체의 일부가 잠기고 일부는 돌출되어 있는 경우는 잠긴 부분만이 부력을 받습니다.
찌가 수면에 떠 있는 경우는 수면에 잠긴 몸통 부분만이 부력을 받습니다.

위 공식을 잘 살펴보면, 유체의 밀도와 중력가속도가 어느 위치에서나 동일하다고 하면
(물리학적 의미에서 엄밀히 말하면 밀도와 중력가속도는 유체 위치에 따라 일정하지 않을 수도 있어
여러 변수를 고려해야 하는 고급이론이나 극도로 정밀한 실험장치에서나 그 차이를 가정할 뿐,
잠수나 낚시 등 레저활동에는 전혀 지장이 없는 범위임),
부력은 오직 물체의 부피에만 비례하게 되어, 물체의 부피가 클수록 부력은 큰 값이 됩니다.
즉 큰 찌는 자체 부력이 높고, 뚱뚱한 다이버는 큰 부력을 받습니다.
부피만 같다면 물체의 모양에 관계없이 같은 부력을 가집니다.
찌의 부피만 같다면 도토리 모양의 찌든 공 모양의 찌든 부력은 같습니다.

찌의 부력을 측정하거나 계산하려면
물의 밀도(바닷물이든 민물이든)와 중력가속도 값은 이미 알려져 있으므로
부피를 측정하거나 계산하여 위 공식에 대입하면 부력의 크기를 알 수 있습니다.
찌의 부력을 정밀하게 관리하기 위해서는
일차적으로 찌의 부피 즉 형태를 동일하게 관리하여함을 알 수 있습니다.

유체내의 물체에 작용하는 또 하나의 자연적인 힘은 중력에 의한 무게(힘) 또는 자중입니다.
물체의 무게 자체가 중력이기 때문에 무거울수록 물체가 받는 중력이 커지게 됩니다.
중력은 항상 수직 아랫방향으로 작용합니다.
자중이 큰 무거운 찌는 큰 중력을 받습니다.

유체 속에 잠겨 있는 찌에 작용하고 있는 자연적인 힘은 하나는 윗 방향으로 작용하는 부력이고,
다른 하나는 아랫방향으로 작용하는 중력(무게)으로 결론지을 수 있습니다.
하나는 뜨게 하는 힘인데 부피에만 비례하고 하나는 가라앉으려고 하는 힘인데 무게에 비례합니다.
이 두 힘의 균형에 따라 물체가 떠오르냐, 가라앉으냐가 결정됩니다.
다시 말해서 부력이 중력보다 크면 찌가 물속에서 떠오를 것이고(부상, 상승),
중력이 부력보다 크면 찌는 가라앉게(침강, 하강) 됩니다.
빨리 떠오르는지 천천히 떠오르는지는 즉 찌의 부상속도는 부력과 중력의 절대차이,
찌의 유체저항 등에 의해 결정되며 고급역학을 동원하면 위치별 부상속도, 하강속도는 물론
잠기는 홀수선까지 구할 수 있습니다.
우연히 부력과 중력의 균형이 딱 맞아 부력=중력이 된다면 찌는 물속에서 가만히 정지하게 됩니다.

어떤 물체에 서로 반대방향으로 작용하는 부력과 중력의 두 힘이 작용할 때
역학에서는 부력에서 중력을 뺀 값, 즉 두 힘의 벡터합(vector sum)을
알짜힘, 합력, 또는 순힘, 영어로는 net force로 부르고 물체에 작용하는 순 알짜배기 힘을 의미합니다.
알짜힘은 부력에만 한정하여 사용하는 것이 아니고 동시에 여러 힘이 여러 방향에서 한 물체에 작용할 때
그 힘들의 벡터합을 알짜힘이라고 하고 벡터합을 계산하면 알짜힘의 크기와 방향을 알 수 있습니다.
청군과 백군으로 나누어 힘자랑을 겨루는 줄다리기는 청군힘과 백군힘의 균형을 알짜힘으로 보면 됩니다.

알짜힘의 크기를 공식으로 표시하면

(물체에 작용하는 알짜힘) = (물체의 부력) - (물체의 무게)

알짜힘은 +값이면 위로 작용하여 물체는 위로 떠오르고, -값이면 아래로 작용하여 물체는 하강합니다.
알짜힘이 0이면 물체에 가해지는 합력이 없으므로 물체는 가만히 정지해 있거나,
이미 이동 중이어도 속도가 변하거나 회전하거나 방향을 틀지는 못합니다.

장황하게 설명은 하였지만 결과는 어떻습니까?
이 공식은 위 “부상력”의 표현과 전혀 다르지 않습니다.
부상력은 다름 아닌 초급역학에서 말하는 알짜힘의 다른 표현이고 새로 발견되거나
새롭게 정립되어야 할 하등의 이유가 없는 단순수식에 불과합니다.
물리학이나 역학에서는 이러한 힘은 어떤 현상을 설명하는데 근본적인 요인이 아니기 때문에
특별한 이름을 지어주지도 않고 별 관심도 없습니다.
그냥 알짜힘 하나면 충분합니다.
이러니 이제까지 정립이 안 되어 있다는 말은 당연합니다.
사실 정립할 필요도 없다는 의미입니다.

그런 알짜힘을 낚시채비 이론에서 “부상력으로 합시다” 하고 제안하면 이제부터 논의될 수는 있으나,
초,중등 때부터 배우는 너무 초보적인 내용이고
다음에서 논의할 합리적인 대안들이 있기 때문에 효용성이 얼마나 있는지는 의문입니다.
(계속)