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1[건설기계설비기사 필기] 20년 1회차

그림과 같이 속도가 V인 유체가 속도 U로 움직이는 곡면에 부딪혀 90°의 각도로 유동방향이 바뀐다. 다음 중 유체가 곡면에 가하는 힘의 수평방향 성분 크기가 가장 큰 것은? (단, 유체의 유동단면적은 일정하다.)

V=10m/s, U=5m/s

V=20m/s, U=15m/s

V=10m/s, U=4m/s

V=25m/s, U=20m/s

해설

수평방향 힘이 가장 큰 조건은 V = 10 m/s, U = 4 m/s인 경우다.
곡면이 속도 U로 함께 움직이므로 실제로 유체가 곡면에 가하는 힘은 상대속도 (V − U)로 결정된다. 유동이 90°로 꺾이면 수평 성분은  $F_x = \rho A (V-U)^2$ 이고, 유동단면적이 일정하니 (V − U)²만 비교하면 된다.
V=10, U=5 →  $(10-5)^2 = 25$ 
V=20, U=15 →  $(20-15)^2 = 25$ 
V=10, U=4 →  $(10-4)^2 = 36$ 
V=25, U=20 →  $(25-20)^2 = 25$ 
즉 절대속도 V가 크다고 힘이 커지는 것이 아니라 V − U가 커야 하며, 상대속도 6 m/s인 조건만 나머지(모두 5 m/s)보다 크다.

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