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1[일반기계기사 필기] 21년 1회차
지름 D1=30cm의 원형 물제트가 대기압 상태에서 V의 속도로 중앙부분에 구멍이 뚫린 고정 원판에 충돌하여, 원판 뒤로 지름 D2=10cm의 원형 물제트가 같은 속도로 흘러나가고 있다. 이 원판의 받는 힘이 100N이라면 물제트의 속도 V는 약 몇 m/s 인가?
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0.95
2
1.26
3
1.59
4
2.35
해설
물제트의 속도는 약 1.26 m/s이다.
원판이 받는 힘은 들어온 축방향 운동량에서 구멍으로 그대로 빠져나간 운동량을 뺀 값이다. 뒤로 나가는 제트의 속도가 입구와 같은 V 이므로
F = ρA1V2 − ρA2V2 = ρV2(A1 − A2)단면적을 구하면
A1 = π × 0.32/4 = 0.0707 m2
A2 = π × 0.12/4 = 0.00785 m2
A1 − A2 = 0.0628 m2100 = 1000 × V2 × 0.0628 에서 V2 = 1.59 이므로 V ≒ 1.26 m/s이다. 원판에 막혀 옆으로 흩어지는 물은 축방향 운동량을 남기지 않으므로 구멍 면적만큼만 빼 주면 되고, 구멍을 무시하면 답이 1.19 m/s로 어긋난다.
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