[기계공학]유체역학 - 강체 운동 중인 유체1

음..... 이걸 어떻게 쉽게 설명할 수 있을지 모르겠네요

 

내용이 어렵습니다

 

하지만 중요하니 설명드려야겠죠

 

수식이 많고 복잡하고 이해가 안가는 부분이 많을거라 예상해요

 

최대한 쉽게, 설명이 길어져서 포스팅을 여러개 하더라도 알려드릴게요

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강체 운동중인 유체?

먼저, 제목은 이해하셨나요?

 

'강체'는 유체와 반대되는 말이에요 쉽게말해서 고체입니다.

 

그런데 유체가, 흘러다니는 물체가 고체운동중이다?

 

여러분이 커피를 들고 차를 탔다고 생각해보세요

 

차가 출발하고 정지할 때는 커피가 출-렁 거리면서 흔들릴거에요

 

하지만 일정한 속력으로 이동하고 있을때,  커피가 흔들리나요?

 

아니죠

 

마치 그 상태로 굳은 것처럼, '고체가 된 것처럼' 움직이지 않아요

 

그 상태를 강체 운동 중인 유체 라고 말합니다

 

 

체적력과 표면력

유체요소에는 두가지 힘이 작용해요

 

체적력과 표면력.

 

체적 즉, 부피와 비례하는 힘을 체적력이라고 하고 대표적으로 중력이 있습니다

 

표면적에 비례하는 힘을 표면력이라고 합니다. 압력이 대표적이죠

 

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처음에 커피로 예시를 들었으니 계속 커피로 할게요

 

직육면체 모양으로 커피를 쪼개서 들고왔어요

 

현재 이 커피는 강체운동중입니다

 

강체운동중인 유체에는 표면력과 체적력이 작용해요

 

S와 B는 각각 Surface force, Body force의 약자에요

 

유체요소의 한 가운데에 압력 P가 작용하고 있어요

 

이 유체가 뉴턴유체라고 한다면 압력은 거리에 따라 선형적으로 변하겠죠?

 

여기서는 dz의 길이에 따라(높이에 따라) 그 압력이 선형적으로 변하고 있을거에요

 

 

왼쪽은 압력P가 z의 변화에 따라 선형적으로 변하고 있다는 뜻이고 오른쪽은 현재 A점이 dz의 중간지점에

 

위치해있다는 뜻이에요

 

즉, 저 항은 압력의 변화를 나타냅니다

 

이미 A점에 P의 압력이 가해지고 있을테니 

 

직육면체(유체요소)의 윗면에 가해지는 압력(위 초록 화살표)은

 

가 됩니다.

 

따라서 F=PA 이므로 (압력공식) 유체요소의 윗면에 가해지는 표면력은

가 됩니다.

 

같은 방식으로 아랫면에 가해지는 표면력은

가 되겠죠

 

따라서, z방향으로 작용하는 순수표면력은

 

가 됩니다

 

이해하셨나요?

 

이걸 이해하셨으면 절반은 성공이에요!

 

z방향을 구했으니 x와 y방향도 구해야겠죠?

 

하는 방식은 같으니 생략할게요

각각 이렇게 이쁘게 나옵니다

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일단 여기서 한번 끊어야할 것 같아요

 

한,,, 30%정도 온거같네요

 

이해가 안되는 부분이 있으시면 댓글로 달아주세요!

 

공부 열심히 하세요!