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1[토목기사 필기] 17년 3회차
밀도가 p인 유체가 일정한 유속 Vo로 수평방향으로 흐르고 있다. 이 유체 속에 지름 d, 길이 ℓ인 원주가 그림과 같이 놓였을 때 원주에 작용되는 항력(抗力)을 구하는 공식은? (단, CD는 항력계수)
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해설
그림은 유속 V₀의 수평 흐름 속에 지름 d, 길이 ℓ인 원주가 흐름에 직각으로 놓인 상황이다. 항력은 D = CD·d·ℓ·(ρV₀²/2)로 계산한다.
항력 공식 D = CD·A·(ρV₀²/2)에서 A는 겉넓이나 밑면적이 아니라 흐름 방향에서 바라본 투영면적이다. 원주를 흐름 방향으로 투영하면 폭 d, 높이 ℓ인 직사각형이 되므로 A = d·ℓ이다.
- πd²/4를 쓰는 식: 원주의 밑면 원 넓이로, 흐름과 나란한 면이라 투영면적이 될 수 없다.
- πd·ℓ을 쓰는 식: 원주의 옆면 겉넓이로, 표면마찰을 다룰 때나 쓰이는 면적이지 형상항력의 기준면적이 아니다.
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