종말속도(Terminal Velocity)실험결과보고서

소개글

⑴ 중력하에서 구체가 유체중에서 침강할 때에 일어나는 현상을 이해한다.
⑵ 항력계수(Drag Coefficient)와 Reynolds Number와의 관계를 알아본다.
2가지 목적을 통해 종말속도를 측정해보고 이론을 확인해보는 실험결과보고서

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
⑴ 항력(Drag, Drag Force, Fd) :
⑵ 항력계수(Drag Coefficient) :
3. 실험 준비물
4. 실험 결과 및 계산
ⅰ) 실험치
ⅱ) 실험치 계산
5. 생각 해볼 문제

● 항력계수를 레이놀즈 수의 함수로 표시하여라.
● Stokes` law가 적용되는 범위를 정하고, 이론과 비교하여라.
6. 고 찰

본문내용

● Stokes` law가 적용되는 범위를 정하고, 이론과 비교하여라.

Stoke`s law는 Reynolds number가 1보다 작은 경우에 적용된다. Stoke`s law가 적용되는 낮은 속도에서는 wall shear는 점성력(viscous force)에만 의존하 고, 관성력(inertial force)은 무시할 수 있다. 이 법칙이 적용되는 흐름을 Creeping flow라 한다.

따라서 Newton`s law의 영역에서 Stoke의 법칙이 잘 맞 아 들어가지 않는다. Reynold Number가 10이나 그 이상으로 증가하면 Stoke`s law를 벗어나 기울기는 평형으로 향한다. 유체의 속력이 증가함에 따라 후류(wake)로 인한 많은 마찰 손실(friction loss)이 생기고 이것은 또한 많은 form drag을 유발한다. 즉 처음엔 경계층(boundary layer)이 층류(laminar flow) 였지만, 경계층 분리(boundary layer separation)가 일어나면 drag coefficient는 거의 일정하게 된다.

후류란, 유체의 흐름속에 장애물을 놓았을 때 유체가 장애물을 만나면 경계층을 형성한다. 흐름이 장애물의 끝에 이르게 되면, 운동량 때문에 장애물 끝을 돌아서 장애물에 붙어 흐르지 못하고 분리되어 유체 본체 쪽으로 흐르게 되고 이때 판의 뒷부분에는 아주 감속된 유체의 배수 영역이 있는데 여기서 맴돌이가 발생하며 이 영역을 후류라 한다.

한편 경계층 분리가 일어나면 유체전송에 있어 막대한 에너지 손실을 유발할 수 있다. 따라서 이러한 경계층 분리를 최소화하기 위해서는 흡인(suction: 분리가 생길 수 있는 고체 표면에 유체가 끌려 들어가게 함) 또는 유로단면의 급격한 변 화를 피하거나 유체가 흐르게 되는 물체를 유선형으로 만드는 방법이 있다.




6. 고 찰
이번 실험은 서로 다른 용액, 물과 글리세린에서 6가지 종류의 구체의 침강을 이용하여 그 속도를 측정하고, 이를 바탕으로 이론적인 계산방법을 통해 실험값들에 의한 항력계수(CD)와 Renolds Number(Re)를 구하는 실험이었다. 간단한 실험이었으나, 종말속도를 측정하는 실험이었기 때문에, 떨어 뜨린후, 종말속도에 도달할 때까지 기다린 후 측정을 하였다.
계산결과, 레이놀즈 수가 커질수록 항력계수는 줄어든다는 것을 알 수 있다. 이론치랑은 약간의 오차를 보이는데 이런 오차는 다음과 같은 이유로 설명될 수 있다.
첫번째로,시간 측정시통과할 때 눈으로 측정 함으로써 오차가 많이 발생했다. 개인별로 시간측정을 해보았으므로 시간측정에 대한 개인차가 있었다. 두번째로, 침강액이 순수한 물의 상태가 아니었다. 장치 속에 원래 남아있던 기름과 섞여 서 순수한 물상태에서의 실험조건이 갖추어지지 않았다.
세번째로, 구를 떨어뜨렸을 때 최대한 중간에서 떨어뜨리려고 했으나, 구가 수직 낙하하지 않고 벽에 부딪혔다. 이로 인해 낙하 속도가 느려지고, 따라서

참고 자료

없음