화공현상실험 | 단일구의 침강속도

 

 

 

TIP

 

 

중력 하에서 구가 액체 중으로 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 Drag 계수와 Reynolds 수와의 관계를 알아본다. 구형의 물체가 중력 하에서 두 개의 수직관 내에 비중이 다른 액체에 수직으로 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 항력 계수와 레이놀드 수와의 관계를 알아본다.

 

 

 

항력계수(drag 계수)

물체가 유체 내에서 운동하면 저항력을 받는데, 반대로 흐르는 유체 내에 물체가 정지해 있어도 저항력을 받는다. 나무판을 흐르는 유체 속에 유체의 흐름방향에 대해서 경사지게 놓았을 때 나무판에는 두 힘이 작용하게 된다. 하나는 유체의 흐름방향에 흘려보내려는 힘과 또 하나는 흐름방향에 수직으로 작용하려는 힘이다. 항력은 흐름방향으로 작용하는 힘이다. 항력의 크기는 흐름의 속도를 v, 유체의 밀도를 , 나무판의 단면적을 S라 하면 가 된다.

 

여기서 c는 나무판 단면의 형태와 나무판이 흐름방향에 대한 기울기에 의해서 결정되는 상수로 보통 이것을 항력계수(drag coefficient)라 한다. 물체가 유체 속을 초음속으로 운동하거나 수면상의 수파(물결파)보다 빠른 속도로 나아갈 때에는 충격파가 생겨 에너지를 잃게 되므로, 위에 말한 저항과는 다른 저항을 받게 되는데, 이것을 조파저항(造波抵抗)이라 한다.

 

 

점도

점성률·점성도라고도 한다. 유체의 점성 정도를 나타내는 중요한 값이다. 흐름방향 x축에 직각인 y축 방향에서 유속 υ에 변화가 있을 때 x축에 평행인 면 안에 유체의 속도기울기에 비례하는 변형력 X=η∂υ/∂y가 작용한다. 이 때 비례상수 η가 점도이다.

 

일반적인 단위는 ㎏/m·s 또는 Pa·s로 표시한다. 그 외에도 CGS 단위계로는 g/㎝·s를 사용하는데 1g/㎝·s를 1poise(푸아즈)라고 하며, 1P로 표시한다. 또한 푸아즈의 100분의 1을 centi-poise(cP)라고 하며, 실험실에서 점도의 단위로 많이 사용하고 있다. 즉 1 poise = 1g/㎝·s = 100cP = 0.1㎏/m·s로 표시할 수 있으며, 1cP = 0.01g.㎝·s = 0.00672Ibm/ft·s = 2.42Ibm/ft·hr로 표시한다. 국제단위계 단위로는 뉴턴초매제곱미터(N·s/㎡)를 사용한다.

 

 

종말 속도

종단 속도라고도 하는 이것은 물체가 자유 낙하할 때 중력가속도에 의해 생기는 힘과 공기와의 마찰에 의해 생기는 힘이 서로 상쇄되어서 더 이상 가속도 운동이 아니라 등속도 운동을 할 때의 속도를 말한다. 빗방울의 속도는 지표면 부근에서 일정한 것이 한 예이다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 구의 직경과 질량을 측정하여 구의 밀도를 계산한다.

 

2) 침강속도는 관 내 일정거리를 구가 낙하하는데 소요되는 시간이다.

 

3) 침강구가 낙하 했을 때 들어올리기 위해 바스켓을 넣는다.

 

4) 침강구를 측정관 중앙부에 장착한 후 시작 스위치를 누른다.

 

5) 구를 낙하시키고 구의 침강속도가 일정해졌다고 생각 되었을 때, 침강속도를 측정한다.

 

6) 측정이 끝나면 측정 센서에 걸리지 않도록 주의한다.

 

 

 

[화공현상실험]단일구의 침강속도 레포트