단일구의 침강속도 측정 [예비]

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본문내용

1. 실험 목적

중력 하에서 구가 액체 중으로 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 Drag 계수와 Reynolds 수와의 관계를 알아본다.

2. 이 론

◎ 항력, 항력계수 와 Reynolds 수와의 관계
유체가 흐르는 방향에서 유체가 고체에 미치는 힘을 항력(Drag)이라 한다. Newton의 운동 제 3법칙에 따르면, 이때 고체는 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 유체에 미친다. 고체 벽이 흐름 방향과 평행하면 벽 전단(Wall shear) τw가 유일한 항력이다. 그러나 일반적으로 유체 중에 잠긴 물체의 벽은 흐름 방향과 어떤 각을 이룬다. 이때 항력에 기여하는 것은 벽 전단 중에서 흐름 방형 성분이다. 유체 압력은 벽에 직각인 방형으로 작용하는데, 이 압력의 흐름 방향 성분도 항력에 기여한다. 따라서 면적 요소에 작용하는 전체 항력은 이 두 성분의 합이 된다.
실제 유체에서는 벽 항력과 형태 항력으로 인한 현상이 복잡하므로, 일반적으로는 항력을 예측할 수가 없다. 유속이 작고 구를 비롯한 규칙적인 형상인 경우에는 일반 운동량 수지식으로부터 수치적 방법으로 흐름 패턴과 항력을 추정할 수 있다. 형상이 복잡하거나 유속이 크면 실험에 의 구하는 편이 쉽다.
점성이 있는 유체(기체 또는 액체)를 지나는 어떤 고체에 저항과 항력이 생긴다. 유체속을 이동하는 고체물질에 영향을 미치는 항력(Drag force)은 보통 두가지 요소, 즉 벽전단에 의한 Surface drag와 압력에 따른 Form drag로 이루어져 있다. 이들은 속도, 유체의 점도와 밀도, 그리고 body density사이에서의 상호 관계를 실험적을 산출하는 것이 가능하다.
즉, 구에 대한 수직 방향으로의 힘의 수지식은 다음과 같이 표시된다.

참고 자료

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