[물리학]종단속도

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종단속도에 관한 물리학 레포트 입니다.

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유체저항과 종단속력

유체저항(fluid resistance)이란 유체(기체나 액체)가 유체속을 움직이는 물체에 작용하는 힘이다. 움직이는 물체는 유체를 바깥쪽으로 밀어내기 위하여 유체에 힘을 가한다. 뉴턴의 제3법칙에 의하여, 유체는 크기가 같고 방향은 반대인 힘으로 물체를 뒤로 밀어낸다.

물체에 작용하는 유체 저항력의 방향은 항상 유체에 대한 물체의 상대속도의 방향과 반대이다. 일반적으로 유체 저항력의 크기는 유체를 통과하는 물체의 속력에 따라 증가한다. 이러한 특징은 접촉하고 있는 두 표면 사이의 운동 마찰력의 특징과는 대조적인 것으로, 보통 운동 마찰력의 경우 속도에 대해 무관하다고 생각할 수 있다. 느린 속력의 경우, 유체 저항력의 크기 f는 근사적으로 물체의 속력 v에 비례한다.

f = kv (저속에서의 유체 저항)

여기에서 k는 물체의 모양과 크기 그리고 유체의 특성에 의존하는 비례상수이다. 테니스 라켓으로 친 테니스공이나 그보다 더 빠른 속력일 경우, 공기를 통과하는 운동에서 저항력은 v보다 근사적으로 v²에 비례한다. 이것을 공기항력(air drag)또는 간단히 항력(drag)이라고 한다. 비행기, 떨어지는 빗방울, 고속으로 주행하는 자동차는 모두 공기항력을 받는다. 이러한 경우, 식은 다음과 같이 대치된다.

f = Dv² (고속에서의 유체 저항)

v²에 의존하기 때문에, 공기항력은 속력이 증가함에 따라서 급격하게 증가한다. 전형적인 승용차에 대한 공기항력은 저속에서는 무시할 만하나 고속에서는 회전저항력과 견줄 만하거나 그보다 더 크다. D의 값은 물체의 모양과 크기 그리고 공기의 밀도에 의존한다.

참고 자료

일반물리학