철도 유체역학 및 실험 Part 3 담당교수명 : 서 영 민 연 락 처 : elofy@naver.com.

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1 철도 유체역학 및 실험 Part 3 담당교수명 : 서 영 민 연 락 처 :

2 정수역학 (Hydrostatic)

3 정수역학 정수역학 (hydrostatic) - 물입자간의 상대적인 운동이 없는, 즉 흐르지 않고 정지하고 있는 물의 역학
- 물입자간의 상대적인 운동이 없을 경우 전단응력 (shear stress)이 존재하지 않으며, 직각방향의 응력인 압력 (pressure)만 존재하게 됨. - 정수역학에서 점성은 역할을 하지 않고 압력만이 주된 관심사가 됨. - 응용분야 · 저수지상의 물 · 등가속도 운동을 하는 용기에 담긴 물 · 회전하는 원통형 용기에 담긴 물 · 댐 및 수문에 작용하는 힘 · 수조의 적정설계 · 수중구조물에 작용하는 힘 · 수압 및 유압을 이용한 기중기의 설계 - 주요 개념 · 정수압의 정의 · 압력측정방법 · 깊이에 따른 압력의 변화 · 수중의 물체에 작용하는 힘 · 부력 및 부체의 안정 · 상대적인 평형관계

4 정수역학 정수역학의 응용분야

5 정수역학 정수역학의 응용분야

6 정수역학 정수역학의 응용분야

7 정수압 정수압 (hydrostatic pressure) - 정지하고 있는 유체의 모든 지점에서는 특정한 크기의 압력이 작용하며
유체가 물인 경우 작용하는 압력을 정수압이라고 함. - 정수압은 접촉하고 있는 물체에 항상 직각방향으로 작용 - 압력강도 (pressure intensity) 또는 정수압 강도 · 단위면적당 작용하는 압력 · 단위: kg/cm2, t/m2, lb/ft2

8 정수압 정수압 (hydrostatic pressure) - 정수압 강도 p · 수중에 놓여 있는 물체의 평면 A에 물에 의해
F p - 정수압 강도 p · 수중에 놓여 있는 물체의 평면 A에 물에 의해 균일한 힘 F가 작용할 경우 정수압 강도는 단위면적당 작용하는 힘으로 나타냄. · 물체의 평면 A에 균일하게 힘이 작용하지 않을 경우

9 한 점에 작용하는 정수압 파스칼의 원리 (Pascal’s law)
- 정수 중에 있는 한 점에 작용하는 정수압은 모든 방향에서 동일함.

10 한 점에 작용하는 정수압 뉴턴의 제2법칙 

11 연직방향의 정수압 변화 수체에 작용하는 힘 - 압력에 의해 수체의 표면에 작용하는 힘 - 중력에 의한 수체의 무게

12 연직방향의 정수압 변화 - 평형방정식 · 정지하거나 등속운동을 할 경우 가속도 a=0  뉴턴의 제2법칙:
- 수평방향 (x, y 방향에 대한 평형방정식  정수 중에서 수평방향 (x, y 방향)으로는 압력의 변화가 없이 항상 일정함

13 연직방향의 정수압 변화 - 연직방향 (z 방향)에 대한 평형방정식 (아래 방향을 +로 설정)
수평방향으로는 압력의 변화가 없으므로 압력 p는 연직방향 z에 따라서만 변함. 물은 비압축성 유체이므로

14 연직방향의 정수압 변화 z1 p1 z2 h=z2-z1 이므로 p2 정수압 분포: 비압축성인 정수 중에서 깊이에 따라
압력이 직선적으로 (선형으로) 변화

15 연직방향의 정수압 변화 압력수두 (pressure head) : 압력차 Δp를 보이는데 필요한 단위중량 γ인 물기둥의 높이
- 자유 수표면을 기준으로 하는 임의의 깊이 h에서 압력 p (자유 수표면에서의 기준 압력 (대기압) p0)

16 연직방향의 정수압 변화 예제 2.1 지하의 기름저장 탱크에 누수가 발생하여 1m 깊이의 물이 스며들었다. 물 위로
(기름의 비중은 0.7) water 1m 5m oil p1 p2

17 연직방향의 정수압 변화 예제 2.2 수중의 두 지점에서 압력을 측정하였더니 p1=1500kg/m2, p2=2800kg/m2이었다. 두 지점간의 거리차를 구하라.

18 압력의 전달 피스톤 (유압기) - 밀폐된 시스템에서 한 지점에서의 압력 변화는 시스템 전체로 전달
- 적용된 힘 F1이 다른 피스톤으로 전달되어 F2라는 힘을 발생시키게 됨. - 작은 피스톤에 힘을 가하여 큰 피스톤에서 큰 힘을 발생시킬 수 있음. oil 1 2

19 압력의 전달 예제 2.3 유압기에서 힘 20kg을 작용시 들어올릴 수 있는 힘은? F=20kg 3cm 30cm F1 F2
(-) 부호는 화살표 반대방향으로 작용함을 의미

20 압력의 전달 - 작은 피스톤에 작용하는 압력 p1 - 작은 피스톤에 작용하는 힘 F2

21 압력의 측정 단위 절대압력과 계기압력 - 절대압력 (absolute pressure)
· 완전진공, 즉 절대영압 (absolute zero pressure)을 기준으로 나타내는 압력 · 절대압력은 항상 양의 값 - 계기압력 (gage pressure) · 국지대기압 (local atmospheric pressure)을 기준으로 나타내는 압력 · 압력이 대기압보다 높고 낮음에 따라 양의 값 또는 음의 값을 가짐. 절대압력 = 국지대기압 + 계기압력 (1) 1에서의 계기압력 (+) 국지대기압 기준면 1에서의 절대압력 2에서의 계기압력 (-) (2) 2에서의 절대압력 절대영압 기준면

22 압력의 측정 단위 압력의 단위 액체의 기둥 높이로 표현한 압력 - 압력 (pressure) · 단위면적에 작용하는 힘
- 압력의 단위 · 영국단위제: lb/ft2, lb/in2 · 미터제: t/m2, kg/cm2 · 국제단위제: N/m2 액체의 기둥 높이로 표현한 압력 - 1기압 · 수은 기둥을 760mm 상승시키는데 필요한 압력 · 물 기둥을 10.33m 상승시키는데 필요한 압력

23 압력의 측정 단위  

24 압력의 측정 단위

25 압력의 측정 단위 수은압력계 (mercury barometer) - 대기압의 측정을 위해 보통 수은압력계 사용
- 수은압력계의 작용력 · 유리관내 증기압 · 수은기둥의 무게 · 수은표면에 작용하는 대기압

26 압력의 측정 단위 예제 2.4 국지대기압이 760mmHg이고 계기압력이 3kg/cm2일 때 이를 절대압력으로
나타내고 bar, mb, hPa, kPa 단위로 표시하라. 단 수은의 비중은 13.6이다.