【유체역학】 곡면에 가해지는 힘 문제풀이

"How many cares one loses when one desides not to be something but to be someone." - Gabriel Coco Chanel

"무언가가 아니라 누군가가 되기로 결정을 하고 나면 얼마나 많은 걱정을 덜게 되는가." - 가브리엘 코코 샤넬

안녕하세요. 이번 포스팅에서는 유체역학에서 자주 등장하는 '곡면에 가해지는 힘' 관련한 문제입니다.

[문제] - 일반기계기사 필기 기출문제

그림과 같이 속도 V인 유체가 속도 U로 움직이는 곡면에 부딪혀 90˚의 각도로 유동방향이 바뀐다. 다음 중 유체가 곡면에 가하는 힘의 수평방향 성분 크기가 가장 큰 것은? (단, 유체의 유동 단면적은 일정하다.)

[선택지]

① V = 10 m/s, U = 5 m/s  ② V = 20 m/s, U = 15 m/s

③ V = 10 m/s, U = 4 m/s  ④ V = 25 m/s, U = 20 m/s

[문제풀이]

위 문제는 유체역학에서 '곡면에 가해지는 힘' 관련한 문제입니다. 이때의 수평방향 힘을 구하는 공식을 알고 있느냐를 묻고 있습니다.

위 공식을 그대로 적용하면 됩니다. 이때, 공식을 보시게 되면 결국, 유체 속도와 곡면의 속도의 '차'가 큰 것이 가해지는 힘도 크다는 것을 알 수 있습니다. 따라서, 선택지(보기)에서 나와있는 것들 중에서 ③번이 속도차가 6 m/s로 가장 크므로 정답이 됩니다. 나머지 선택지는 아무리 크기가 커도 속도차이가 5 m/s이므로 이 문제에서는 정답이 될 수 없습니다. 

(참고)

위 문제에서, 유체의 밀도와 관의 단면적을 주어주면, 위 공식에 대입하여 힘의 크기를 구할 수 있습니다.

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