원심분리기의 원리

원심분리기는 실험실이나 병원에서 혼합 액체를 분리하는데 사용하는 기구입니다.

 

원심분리기

 

액체 밀도에 따라 층 분리

 

밀도가 다른 여러 액체를 혼합한 후 두고 시간이 지나면 밀도가 큰 액체부터 아래쪽에 쌓이면서 층이 나뉘어 집니다.
물 속에 물보다 밀도가 작은 코르크 알갱이를 넣었다고 생각하면 코르크 알갱이는 물 위로 떠 오르게 됩니다. 코르크에 작용하는 중력보다 주변의 물이 받혀주는 부력이 더 크기 때문입니다.

 

부력-아르키메데스

두 종류의 비슷한 밀도의 액체가 섞여 있으면 천천히 오랜 시간이 지나면 같은 원리로 층이 나뉘어 집니다.

원심력

 

자동차에 타고 회전하고 있다고 생각해 봅니다.
회전하는 물체는 중심방향으로 구심력이 작용하고 있습니다. 우리는 좌석의 바닥이 엉덩이를 중심부분으로 당기고 있으므로 회전을 자동차와 함께 하고 있지만 머리 부분은 바깥으로 쏠리는 느낌을 받고 있습니다.
회전하고 있는 경우에는 엄밀하게 말하면 뉴턴 법칙이 맞지 않습니다. 하지만 우리는 뉴턴 법칙이 맞는 것처럼 표현하고 싶어서 가짜힘인 원심력을 사용해서 설명하고 있습니다.
엉덩이 부분은 구심력과 원심력이 함께 작용하기 때문에 그대로 있지만 머리는 원심력으로 바깥으로 쏠리게 된다고 설명할 수 있습니다. 
이때 원심력은 반지름과 돌아가는 속력(각속력, 회전속력)의 제곱에 비례하게 됩니다.

원심분리기의 원리

밀도가 다른 액체가 혼합되어 있으면 긴 시간 그대로 두게 되면 밀도에 따라 나뉘어 집니다. 하지만 실험실에서 그렇게 오래 기다릴 수가 없는 시료들이 많이 있습니다.

 

원심분리기 속의 시험관

 
원심 분리기 안에 시험관을 비스듬하게 끼워서 빠르게 돌리면 시험관 바깥 쪽(아래쪽)으로 밀도가 큰 액체가 빠르게 분리됩니다.
수평으로 놓으면 액체가 쏟아지고 세로로 놓으면 시험관 위치마다 같은 힘을 받기 때문에 효과가 줄어들게 되므로 비스듬한 각도로 꽂아 원심분리기를 회전시켜 액체를 분리하게 됩니다.