그림과 같이 속도가 V인 유체가 속도 U로 움직이는 곡면에 부딪혀 90… | [일반기계기사 필기] 20년 1회차 기출문제 상세 페이지
1[일반기계기사 필기] 20년 1회차
그림과 같이 속도가 V인 유체가 속도 U로 움직이는 곡면에 부딪혀 90°의 각도로 유동 방향이 바뀐다. 다음 중 유체가 곡면에 가하는 힘의 수평방향 성분의 크기가 가장 큰 것은? (단, 유체의 유동단면적은 일정하다.)
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V=10m/s, U=5m/s
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V=20m/s, U=15m/s
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V=10m/s, U=4m/s
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V=25m/s, U=20m/s
해설
움직이는 곡면에서는 상대속도 (V−U)가 힘을 결정하므로, 상대속도가 6m/s로 가장 큰 V=10m/s, U=4m/s일 때 수평력이 가장 크다.
곡면이 U로 함께 움직이면 곡면에 실제로 부딪히는 유량은 ρA(V−U)이고, 그림처럼 유동이 90° 꺾이면 수평 성분이 (V−U)에서 0으로 바뀐다. 따라서
Fx = ρA(V−U)² 로 속도차의 제곱에 비례한다.
- V=10, U=5 → (V−U)² = 25
- V=20, U=15 → 25
- V=10, U=4 → 36(최대)
- V=25, U=20 → 25
절대속도 V가 가장 큰 V=25m/s 조합을 고르기 쉽지만, 곡면이 20m/s로 달아나므로 상대속도는 5m/s뿐이다. 분출속도가 아니라 속도차를 보는 문제다.
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