그림과 같이 수조차의 탱크 측벽에 안지름이 25cm인 노즐을 설치하여 … | [소방설비산업기사(기계분야) 필기] 19년 1회차 기출문제 상세 페이지

그림에서 수조차 탱크의 수면 아래 $h = 3\,\mathrm{m}$ 위치에 안지름 $d = 25\,\mathrm{cm}$인 노즐이 측벽에 붙어 있고, 물은 오른쪽으로 분출되며 수조차가 받는 추력 F는 왼쪽 방향으로 표시되어 있다.
노즐 분출속도는 토리첼리 식으로 $V = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 9.8 \times 3} \approx 7.67\,\mathrm{m/s}$이고, 노즐 단면적은 $A = \dfrac{\pi (0.25)^2}{4} \approx 0.0491\,\mathrm{m^2}$이다.
운동량 방정식에서 반력(추력)은 $F = \rho Q V = \rho A V^{2} = 2\gamma h A$이므로 $F = 1000 \times 0.0491 \times 7.67^{2} \approx 2886\,\mathrm{N} \approx 2.89\,\mathrm{kN}$이다.
정수압만 생각해 $\gamma h A \approx 1.44\,\mathrm{kN}$으로 계산하면 절반 값이 나온다. 분출 반력은 그 두 배라는 점이 이 문제의 함정이다.