"부력" 실험 예비레포트

소개

""부력" 실험 예비레포트"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 실험 기기 및 시약
4. 실험 방법
5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
부력의 원리를 이용한 잠수함에 대한 유체역학적 원리를 이해하며, 평형방정식을 이용해 잠수의 깊이와 무게 사이의 상관관계를 도출한다. 잠수함과 비슷한 역할을 하는 아크릴 실린더를 수조 중앙에 위치시킬 수 있는 평형 방정식을 유도하며, 유도된 공식으로부터 그 무게를 계산한다.

2. 바탕 이론
(1) 부력(Buoyancy, )
공기, 물과 같은 유체 내에 잠겨있는 물체의 경우 유체로부터 중력과 반대방향으로 힘을 받는데, 이 때 유체 내부에서 물체가 뜰 수 있게 해주는 힘을 부력이라 한다. 부력의 크기는 물체 잠긴 부피에 해당하는 유체의 무게 힘과 같다. 즉, 물체의 밀도가 유체의 밀도보다 작다면, 부력이 중력보다 더 크게 작용하므로 유체 위로 떠오르게 된다.

Figure 1. 잠겨있는 물체에 작용하는 힘

Figure 1. 과 같이 밀도가 인 유체 내부에 물체가 정지해 있다고 가정하면 윗면에 작용하는 힘()과 아랫면에 작용하는 힘()은 각각 다음과 같이 나타난다.

, : 1, 2지점에서의 압력(), : 단면적(), : 유체의 밀도()
,: 1, 2지점의 깊이()

이 때 Figure 1.에서 물체는 유체 내부에 정지해 있으므로, 물체에 가해지는 알짜 힘은 0이 되며 아랫면에 작용하는 힘()에 윗면에 작용하는 힘()을 빼준 값으로 부력()을 정리할 수 있다.

…(1)

: 유체의 밀도(), : 잠긴 물체의 부피(), : 중력가속도()

식 (1)에서 알 수 있듯이 부력()이란 물체가 유체 내부에 잠긴 부피만큼의 유체의 무게에 해당하며, 물체가 전부 잠겼다면 잠긴 깊이와 부력의 상관관계는 없음을 알 수 있다.

-부력의 종류
부력이란 중력의 반대방향으로 작용하는 힘이므로, 부력과 중력의 크기차이에 따라 부력의 종류를 구분할 수 있다. 중력은 식 (2)로 정의되며 이때 중력가속도()는 상수이므로, 중력()은 물체의 질량에 의존한다. 또한 물체의 질량()은 물체의 밀도와 부피의 곱으로 표현되므로 부력과 비교할 때 물체와 유체의 밀도차이에 의해 종류가 구분되기도 한다.

참고자료

· 2020년 3학년 1학기 단위 조작 이론 및 실험1 실험노트
· James O. Wilkes, 2008, “화학공학유체역학-마이크로유체학과 CFD", 한산, 27-40p
· Soumya Chakraborty, "Ship Stability - Understanding Intact Stability of Ships", Naval Architecture, 2019
· 손호재 외 1명, 2001, “잠수함공학 개론”, 대영사, 58-63p
· 이일수, 2011, “대학생을 위한 핵심 물리학”, 경북대학교, 19p