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1[가스기사 필기] 15년 3회차
그림과 같이 수직벽의 양쪽에 수위가 다른 물이 있다. 벽면에 붙인 오리피스를 통하여 수위가 높은 족에서 낮은 쪽으로 물이 유출되고 있다. 이 속도 V2는? (단, 물의 밀도는 ρ, 중력가속도는 g라 한다.)
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해설

그림에서 h1h_1수위가 높은 쪽 수면에서 오리피스까지의 깊이, h2h_2수위가 낮은 쪽 수면에서 오리피스까지의 깊이이다. 두 깊이 모두 같은 오리피스 중심선(그림의 일점쇄선)까지 잰 값이다.

양쪽 수면(점 1과 점 2)을 잇는 유선에 베르누이식을 적용하면, 수면의 속도는 무시할 수 있고 압력은 양쪽 모두 대기압이므로 ρgh1=ρgh2+12ρV22\rho g h_1 = \rho g h_2 + \dfrac{1}{2}\rho V_2^{2} 가 된다.

정리하면 V22=2g(h1h2)V_2^{2}=2g(h_1-h_2), 즉 V2=2g(h1h2)V_2=\sqrt{2g(h_1-h_2)} 이다. 밀도 ρ\rho는 양변에서 소거되므로 유출속도 식에 남지 않는다.

결국 유출속도는 양쪽 수면의 높이차만으로 결정되는 토리첼리 정리 형태가 된다. 낮은 쪽 수위가 없어 h2=0h_2=0이면 V2=2gh1V_2=\sqrt{2gh_1} 로 되돌아간다.

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