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그림과 같이 높이 2m인 물통에 물이 1.5m만큼 담겨져 있다. 물통이 수평으로 4.9m/ 상세 페이지

1[토목기사 필기] 18년 3회차
그림과 같이 높이 2m인 물통에 물이 1.5m만큼 담겨져 있다. 물통이 수평으로 4.9m/s2의 일정한 가속도를 받고 있을 때, 물통의 물이 넘쳐흐르지 않기 위한 물통의 길이(L)는?
문제 이미지
1
2.0m
2
2.4m
3
2.8m
4
3.0m
해설

수평 가속도를 받는 액체의 자유표면 기울기는 tanθ=ax/g\tan\theta = a_x/g로 주어진다. 물이 넘치지 않으려면 수면 경사로 인한 한쪽 끝의 수위 상승분이 물통 상단 여유공간(h1h2=21.5=0.5mh_1-h_2=2-1.5=0.5\,m) 이하여야 하며, 이 상승량은 물통 중심을 기준으로 좌우 대칭이므로 L2tanθ0.5\dfrac{L}{2}\tan\theta \le 0.5가 성립한다.
tanθ=axg=4.99.8=0.5\tan\theta = \dfrac{a_x}{g} = \dfrac{4.9}{9.8} = 0.5이므로 L2(0.5)=0.5\dfrac{L}{2}(0.5) = 0.5에서 L=2.0mL = 2.0\,m이 최대 허용 길이가 된다. 따라서 물이 넘치지 않기 위한 물통의 길이는 2.0m이다.

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