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1[소방설비기사(기계) 필기] 22년 1회차

그림과 같이 수평과 30° 경사된 폭 50cm인 수문 AB가 A점에서 힌지(hinge)로 되어있다. 이 문을 열기 위한 최소한의 힘 F(수문에 직각 방향)는 약 몇 kN인가? (단, 수문의 무게는 무시하고, 유체의 비중은 1이다.)
AB30°F3m폭: 50cm

1

5.51

2

11.5

3

2.71

4

7.35

해설

수문에 작용하는 정수압 전압력은 FH=γhˉAF_H = \gamma \, \bar{h} \, A이다. 힌지 A가 수면에 있고 수문 길이 L=3L = 3 m, 폭 b=0.5b = 0.5 m이며 30° 경사이므로 도심 깊이는 hˉ=L2sin30=0.75\bar{h} = \dfrac{L}{2}\sin 30^\circ = 0.75 m, 면적은 A=3×0.5=1.5A = 3 \times 0.5 = 1.5 m²이다.
FH=9.8×0.75×1.5=11.03F_H = 9.8 \times 0.75 \times 1.5 = 11.03 kN
압력중심의 경사면 위치는 yp=yˉ+IGyˉA=1.5+0.5×33/121.5×1.5=2.0y_p = \bar{y} + \dfrac{I_G}{\bar{y} A} = 1.5 + \dfrac{0.5 \times 3^3 / 12}{1.5 \times 1.5} = 2.0 m(A로부터)이다. A점에 대한 모멘트 평형에서 F는 B점(A로부터 3 m)에 직각으로 작용하므로
F×3=FH×2.0=11.03×2.0F \times 3 = F_H \times 2.0 = 11.03 \times 2.0
F=22.0537.35F = \dfrac{22.05}{3} \approx 7.35 kN
이므로 정답은 ④ 7.35이다.