해수의 운동과 순환_해수를 움직이는 힘

1. 해수를 움직이는 힘

(1) 정역학 평형

물속 한 지점에서 위쪽 방향으로 작용하는 연직 수압 경도력과 아래쪽 방향으로 작용하는 중력이 평형을 이루고 있는 상태이다. ▶ 연직 수압 경도력 = 중력

 

① 연직 수압 경도력 : 해수의 깊이에 따른 수압 차 때문에 생기는 힘으로 아래에서 위로 작용한다.

▶ 단위 질량의 해수에 작용하는 연직 수압 경도력

 

② 중력 : 해수를 지구가 당기는 힘으로 위에서 아래로 작용한다.

▶ 단위 잘량의 해수에 작용하는 중력 = g

 

③ 정역학 방정식 : 정역학 평형 상태의 연직 수압 경도력과 중력의 관계를 식으로 나타낸 것이다.

▶ ΔP=-ρgΔz

▶ 수심이 10m 깊어질 때마다 수압은 약 1기압씩 증가한다.

 

(2) 수압

물속의 한 점에서 받는 압력의 세기로 모든 방향에서 같은 세기의 압력을 받는다.

① 크기 : P = ρgz(ρ : 해수의 밀도, g : 중력 가속도, z : 해수면에서부터의 깊이)

 

② 특징 : 해수의 밀도(ρ)는 거의 변하지 않으므로 수압은 깊이에 비례한다.

 

(3) 해수에 작용하는 힘

① 수평 수압 경도력 : 해수의 수평 방향으로의 수압 차 때문에 생기는 힘이다.

• 밀도가 일정한 해수에서 해수면이 경사져 있을 때 수평 거리 Δx 만큼 떨어진 두 지점 A와 B의 해수면 아래 임의의 지점에서의 수압을 각각 P1, P2라 하면 두 지점 사이의 수압 차(ΔP)는 ΔP = P2 - P1 = ρgΔz이다. 이때 수압 차에 의해 작용하는 수압 경도력은 ΔP x ΔS이고, 해수의 질량(m)은 ρ * Δx * ΔS 이다. 

▶ 단위 질량의 해수에 작용하는 수평 수압 경도력의 크기 : g * Δz / Δx

▶ 수평 수압 경도력의 크기는 해수면 경사 (Δz / Δx)에 비례한다.

▶ 수평 수압 경도력은 수압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 작용한다.

 

※ 수압 경도력

수압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 작용하며, 크기는 수압 차에 비례하고 거리 및 밀도에 반비례한다.

 

② 전향력 : 지구 자전에 의해 나타나는 가상의 힘으로 지구 상에서 운동하는 모든 물체에 작용한다. (단, 적도 제외)

• 방향 : 북반구에서는 물체 운동 방향의 오른쪽 직각 방향으로, 남반구에서는 물체 운동 방향의 왼쪽 직각 방향으로 작용한다.
• 크기 : C : 2υΩsinΦ(C : 단위 질량의 해수에 작용하는 전향력, υ : 해수의 속력, Ω : 지구 자전 각속도, Φ : 위도) ▶ 전향력은 해수의 속력이 빠를수록, 위도가 높을수록 크게 작용한다. ▶ 정지한 해수, 그리고 적도(위도 0º)에서는 전향력이 작용하지 않는다.

※ 전향력

지구 자전으로 생기는 움직이는 물체의 편향을 수학적으로 계산한 프랑스의 물리학자 코리올리의 이름을 붙여 코리올리의 힘이라고도 한다.