그림과 같이 단면적 A1은 0.4m2, 단면적 A2는 0.1m2인 동일… | [일반기계기사 필기] 21년 3회차 기출문제 상세 페이지
1[일반기계기사 필기] 21년 3회차
그림과 같이 단면적 A1은 0.4m2, 단면적 A2는 0.1m2인 동일 평면상의 관로에서 물의 유량이 1000L/s일 때 관을 고정시키는 데 필요한 x방향의 힘Fx의 크기는 약 몇 N인가? (단, 단면 1과 2의 높이차는 1.5m이고, 단면 2에서 물은 대기로 방출되며, 곡관의 자체 중량, 곡관 내부 물의 중량 및 곡관에서의 마찰손실은 무시한다.)
1
10159
2
15358
3
20370
4
24018
해설
운동량 방정식을 x방향으로 세우면 곡관을 고정하는 데 필요한 힘의 크기는 약 20370 N이다.
그림의 조건은 A1=0.4 m², A2=0.1 m², 두 단면의 높이차 1.5 m, 출구가 수평에서 60° 꺾여 대기로 방출되는 형상이다.
V1 = 1/0.4 = 2.5 m/s, V2 = 1/0.1 = 10 m/s먼저 베르누이식으로 단면 1의 계기압을 구한다(출구는 대기압).
p1/γ = (V2²−V1²)/2g − 1.5 = (100−6.25)/19.6 − 1.5 ≒ 3.28 m
p1 ≒ 9800 × 3.28 = 32175 Pa → p1A1 ≒ 12870 Nx방향 운동량식 p1A1 + Fx = ρQ(V2x − V1x)에 V2x = −10cos60° = −5 m/s, V1x = 2.5 m/s를 넣으면
Fx = 1000×1×(−5 − 2.5) − 12870 = −20370
즉 크기 약 20370 N이 필요하다.
내용에 오류가 있거나 최신 법령·기준과 다른 부분이 보이면 알려주세요. 확인 후 반영하겠습니다.