물 분류가 고정평판을 60°의 각도로 충돌할 때 유량이 500L/min… | [소방설비산업기사(기계분야) 필기] 18년 2회차 기출문제 상세 페이지

그림을 보면 물 분류가 15m/s의 속도로 내려와 수평으로 놓인 고정평판에 부딪히고, 분류의 진행방향과 평판이 이루는 각이 60°로 표시되어 있습니다. 충돌 후 물은 평판을 따라 좌우 양쪽으로 갈라져 흘러갑니다.
유량을 SI 단위로 바꾸면 $Q = 500\,\mathrm{L/min} = \dfrac{0.5}{60} \approx 8.33\times10^{-3}\,\mathrm{m^3/s}$ 이고, 분류가 가진 전체 운동량 유속은 $\rho Q V = 1000 \times 8.33\times10^{-3} \times 15 = 125\,\mathrm{N}$ 입니다.
평판에 수직인 방향의 힘은 이 값에 분류와 평판이 이루는 각의 사인을 곱해 구합니다. 평판을 따라 흐르는 성분은 평판에 힘을 주지 않고 빠져나가기 때문입니다.
$F = \rho Q V \sin 60^\circ = 125 \times 0.866 \approx 108\,\mathrm{N}$ 이 되어, 수직방향으로 약 108N의 힘이 작용합니다.