단면적이 0.01m 2 인 옥내소화전 노즐로 그림과 같이 7m/s로 움직이는 벽에 수직으로 물을 방수할 때 벽이 받는 힘은 약 몇 kN인가?

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단면적이 0.01m2인 옥내소화전 노즐로 그림과 같이 7m/s로 움직이… | [소방설비산업기사(기계분야) 필기] 17년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[소방설비산업기사(기계분야) 필기] 17년 2회차

단면적이 0.01m²인 옥내소화전 노즐로 그림과 같이 7m/s로 움직이는 벽에 수직으로 물을 방수할 때 벽이 받는 힘은 약 몇 kN인가?

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해설

그림에서 노즐의 단면적은 0.01m², 분출 제트의 속도는 V = 20m/s이고, 벽은 제트와 같은 방향으로 u = 7m/s로 움직이며 물은 벽에 수직으로 부딪혀 위아래로 갈라져 나간다.

벽이 도망가듯 움직이므로 벽이 실제로 받는 것은 상대속도에 해당하는 운동량이다. 상대속도는 $V-u=20-7=13\,\mathrm{m/s}$ 이며, 벽에 실제로 도달하는 질량유량도 이 상대속도로 계산한다.

따라서 힘은 $F=\rho A (V-u)^2$ 로 구하면 $F=1000\times0.01\times13^2=1690\,\mathrm{N}$ 이다.

즉 벽이 받는 힘은 약 1.69kN이다. 상대속도를 쓰지 않고 20m/s를 그대로 넣으면 4kN이 나오므로, 움직이는 평판 문제에서는 반드시 $V-u$ 를 사용해야 한다.

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