그림과 같이 유량 0.314m3/s 로 분출하는 물제트가 U=5m/s의… | [소방설비산업기사(기계분야) 필기] 17년 3회차 기출문제 상세 페이지

그림은 노즐에서 나온 단면적 $A$, 속도 $V$의 물제트가, 오른쪽으로 U = 5m/s로 이동하는 수직 평판에 정면으로 충돌하는 상황이다. 판이 제트와 같은 방향으로 도망가고 있으므로 상대속도 $V-U$로 계산해야 한다.
먼저 제트 속도를 구한다. 지름 200mm이므로 $A = \frac{\pi}{4}(0.2)^2 = 0.03142\,\mathrm{m^2}$ 이고, $V = \frac{Q}{A} = \frac{0.314}{0.03142} = 9.995\,\mathrm{m/s}$ 이다.
이동 평판이 받는 힘은 $F = \rho A (V-U)^2$ 이므로 $F = 1000 \times 0.03142 \times (9.995-5)^2 = 1000 \times 0.03142 \times 24.95 \approx 783.8\,\mathrm{N}$ 이다.
여기서 유량을 그대로 써서 $\rho Q V$로 계산하면 약 3140N이 나오는데, 이는 판이 정지해 있을 때의 값이다. 판이 움직이면 실제로 판에 닿는 유량 자체가 $A(V-U)$로 줄어든다는 점이 이 문제의 핵심이다.