구체 낙하운동 및 유동저항 해석

목차

1. 배경이론
1.1 항력 (Drag force)
1.2 항력과 레이놀즈수 사이의 관계
1.3 중력(gravity)
1.4 부력(buoyancy)
1.5 베르누이 정리(Bernoulli's theorem)
1.6 마그누스효과(Magnus effect)

2. 실험결과

3. 결과논의

본문내용

1. 배경이론
1.1 항력 (Drag force)
물체가 유체 내에서 운동할 때 운동방향과 반대방향의 힘이 생기게 되는데 이를 항력 라고 한다. 이때 항력은 물체 표면과 평행한 방향의 마찰력과, 물체 표면에 수직한 방향의 압력으로 나눌 수 있다. 물체에 대한 항력은 항력 계수로 나타나낼 수 있으며, 항력은 아래와 같은 식으로 표현 가능하다.

<중 략>

5) 실험 과정에서 어떠한 오차가 있을 수 있는지 논의해보라.
우선적으로 초고속카메라 분석과정에서 오차가 생겼을 것이다. 구체 중심이 실린더에 표시된 빨간 선과 만나는 상황을 기준으로 시간과 이동거리를 판단하였다. 육안으로 분석했기 때문에 정확히 구체 중심과 빨간색 선이 일치하지 않은 경우가 있었을 것이다. 또한 프레임이 (1/150)초 단위이기 때문에 시간 분석에서도 오차가 일정부분 존재했을 것이다. 영상을 여러 번 확인하고 최대한 정확히 측정했지만 육안을 통한 영상분석이라는 한계로 오차를 0으로 만들 수는 없었다. 본 실험에서 구체가 한 구간(10cm)을 이동하는데 걸리는 시간은 0.2초를 넘어가지 않았고 0.1초도 되지 않는 경우도 있었다. 짧은 시간동안 짧은 거리를 이동하는 모습을 분석했기 때문에 앞서 설명한 차이는 작은 차이였을지라도 실제의 평균속도와 측정한 평균속도에서 유의미한 차이를 만들어 냈을 것이다.
초고속 카메라 분석 결과 구체가 벽과 충돌하는 모습이 확인되었다. 30.1625mm는 4번 벽과의 충돌이 확인되었고 44.45mm와 5mm 구체의 경우 낙하하면서 지속적으로 벽과의 충돌하는 모습이 확인되었다. 구체가 실린더 중심이 아닌 한 쪽으로 치우치게 되면 구체와 실린더 사이의 공간은 한 쪽은 넓고 한 쪽은 좁아진다. 베르누이의 정리에 의해 공간이 넓은 쪽을 지나는 유체는 구체를 느리게 지나가고 공간이 좁은 쪽을 지나는 유체는 구체를 빠르게 지나가게 된다. 유속이 빠른 쪽은 압력이 낮아지고 유속이 느린 쪽은 압력이 높아지면서 압력차가 생기게 된다.

참고 자료

없음