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그림과 같이 지름 D와 깊이 H의 원통 용기 내에 액체가 가득 차 있다… | [일반기계기사 필기] 20년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[일반기계기사 필기] 20년 3회차
그림과 같이 지름 D와 깊이 H의 원통 용기 내에 액체가 가득 차 있다. 수평방향으로의 등가속도(가속도=a) 운동을 하여 내부의 물의 35%가 흘러 넘쳤다면 가속도 a와 중력가속도 g의 관계로 옳은 것은? (단, D=1.2H이다.)
문제 이미지
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a=0.58g
2
a=0.85g
3
a=1.35g
4
a=1.42g
해설

가속도와 중력가속도의 관계는 a = 0.58g이다.

수평 등가속도를 받으면 자유표면은 tanθ = a/g 인 평면으로 기울고, 그림처럼 뒤쪽 윗모서리에 표면이 걸린 채 앞쪽에서 h만큼 내려간다. 흘러넘친 부피는 이 기울어진 평면이 잘라낸 쐐기인데, 그 평균 깊이가 곧 중심선에서의 강하량 R·tanθ(R = D/2)이므로 유출 비율은 (R·tanθ)/H 가 된다.

D = 1.2H 이므로 R = 0.6H 이고,
(0.6H × tanθ)/H = 0.35
tanθ = 0.35/0.6 = 0.583

따라서 a = g·tanθ = 0.583g ≈ 0.58g 이다. 이때 앞쪽 벽에서 수면이 내려간 깊이는 h = D·tanθ = 1.2H×0.583 = 0.7H 로 바닥(H)에 닿지 않으므로, 표면이 뒷벽 위끝에 걸려 있다는 가정이 그대로 유효하다.

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