안녕하세요. 조재연 과학전문가입니다.
공기든 물이든 어떤 곳에서 공중에 뜬다는 말은, 그 물제의 질량이나 부피가 아니라 밀도에 의존적인 성질입니다.
즉, 물체의 질량이나 부피가 주변 사물보다 무겁거나 가볍다 혹은 크거나 작아서 뜨거나 가라앉는 것이 아니라, 물체의 밀도(=질량/부피)가 크냐 작냐에 따라 뜨거나 가라앉는 현상이 생기게 됩니다.
그래서 주어진 질문에 대해서 우선 답변을 하자면, 토성은 구성 물질 대부분이 기체(수소 95%, 헬륨 3%)인 행성으로 밀도가 대략 0.7g/mL입니다. 하지만, 물은 온도와 대기압에 따라 다르지만 대충 1g/mL입니다. 따라서 토성은 물보다 밀도가 작기 때문에 물에 뜨게 됩니다.
부피나 무게가 아니라 밀도에 따라 물질이 뜨고 가라앉는다는 사실에 대한 직관적인 이해를 돕기 위해 보충 설명을 해드리겠습니다
물체의 밀도는 물체의 질량을 물체의 부피로 나눈 값으로 물체가 특정한 단위 공간을 기준으로 얼마나 무겁냐/가볍냐를 의미합니다. 물체가 어떤 공간에서 뜨는지/가라앉는지를 결정하는 것은 사실 머릿속으로 직관적으로 생각해봤을 때, 물체의 질량/부피에도 영향이 있겠지만, 본질적으로는 결국 단위 공간에서 물체가 주변 물질들보다 더 가볍냐 무겁냐가 중요하다는 것을 이해할 수 있을 것입니다.
물에 뜨는지/가라앉는지 뿐만 아니라 공기에서 뜨는지/가라앉는지도 위에서 말한 밀도 개념으로 이해할 수 있습니다.
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