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1[건설기계설비기사 필기] 20년 1회차
그림과 같이 평행한 두 원판 사이에 점성계수 μ=0.2Nㆍs/m2인 유체가 채워져 있다. 아래 판은 정지되어 있고, 윗 판은 1800rpm으로 회전할 때 작용하는 돌림힘은 약 몇 Nㆍm인가?
문제 이미지
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9.4
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38.3
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46.3
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59.2
해설

윗 원판에 작용하는 돌림힘은 약 59.2 N·m이다.

그림에서 읽히는 조건은 반지름 R = 0.1 m, 판 사이 간격 h = 0.1 mm = 1×10-4 m, 회전수 1800 rpm이다. 각속도는 ω=2π×180060=188.5 rad/s\omega = \dfrac{2\pi \times 1800}{60} = 188.5\ \mathrm{rad/s}이다.

중심에서 거리 r인 곳의 원주속도는 ωr이고 간격이 매우 좁아 속도분포가 직선이므로 τ=μωrh\tau = \mu\dfrac{\omega r}{h}이다. 이를 원판 전체에 대해 적분하면
T=∫0Rτ r (2πr dr)=πμωR42hT = \int_0^{R} \tau \, r \,(2\pi r\, dr) = \dfrac{\pi \mu \omega R^4}{2h}

T=π×0.2×188.5×(0.1)42×10−4≈59.2 N⋅mT = \dfrac{\pi \times 0.2 \times 188.5 \times (0.1)^4}{2 \times 10^{-4}} \approx 59.2\ \mathrm{N \cdot m}
여기서 간격 h를 mm 단위로 그대로 넣으면 값이 1000배 어긋나므로 반드시 m로 환산해야 하고, 반지름의 4제곱으로 커진다는 점도 함께 기억할 만하다.

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