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1[일반기계기사 필기] 20년 1회차
그림과 같이 오일이 흐르는 수평관 사이로 두 지점의 압력차 p1-p2를 측정하기 위하여 오리피스와 수은을 넣어 U자관을 설치하였다. p1-p2로 옳은 것은? (단, 오일의 비중량은 γoil이며, 수은의 비중량은 γHg이다.)
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(y1-y2)(γHg-γoil)
2
y2(γHg-γoil)
3
y1(γHg-γoil)
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(y1-y2)(γoil-γHg)
해설
수평관이라 두 측정점의 높이가 같으므로 압력차는 수은 액면차 (y₁−y₂)에 수은과 오일의 비중량 차를 곱한 값, 즉 (y₁−y₂)(γHg − γoil)이다.
그림에서 y₁·y₂는 같은 기준선에서 U자관 두 수은 액면까지 잰 거리이므로, 수은주의 높이차가 곧 y₁ − y₂가 된다.
U자관을 따라 압력을 이어 쓰면 오일 기둥 항은 서로 상쇄되고 수은 기둥만 남는다.
p₁ + γoil·(왼쪽 수은면까지 깊이) = p₂ + γoil·(오른쪽 수은면까지 깊이) + γHg(y₁−y₂)
→ p₁ − p₂ = (y₁−y₂)(γHg − γoil)y₁ 하나 또는 y₂ 하나만 쓴 식은 액면차가 아닌 절대 위치를 곱하는 꼴이라 기준면을 바꾸면 값이 달라져 성립하지 않고, 비중량 차의 부호를 뒤집은 식은 오리피스 하류가 더 고압이라는 모순된 결과를 준다.
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