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원통 속의 물이 중심축에 대하여  의 각속도로 강체와 같이 등속회전하… | [건설기계설비기사 필기] 18년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[건설기계설비기사 필기] 18년 2회차
원통 속의 물이 중심축에 대하여  의 각속도로 강체와 같이 등속회전하고 있을 때 가장 압력이 높은 지점은?
문제 이미지
1
바닥면의 중심점 A
2
액체 표면의 중심점 B
3
바닥면의 가장자리 C
4
액체 표면의 가장자리 D
해설

강체처럼 등속회전하는 유체에서는 깊을수록, 회전축에서 멀수록 압력이 커지므로 최대압은 바닥면의 가장자리 C에서 나타난다.

등속회전 유체의 압력분포는 p=p0+ρgh+ρω2r22p = p_0 + \rho g h + \dfrac{\rho \omega^2 r^2}{2} 로, 중력항 ρgh\rho g h 는 깊이가 깊을수록, 원심항 ρω2r2/2\rho \omega^2 r^2 / 2 는 반지름이 클수록 압력을 키운다. 그림에서 자유표면이 바깥쪽으로 올라간 포물선이 되는 것도 이 원심항 때문이다.

네 지점 중 깊이와 반지름이 동시에 최대인 곳은 바닥면 가장자리뿐이다.

  • 자유표면 위의 중심점과 가장자리는 어디든 대기압에 노출되어 계기압이 0이다.
  • 바닥면 중심점은 깊이는 최대지만 r=0r = 0 이라 원심항이 사라져 가장자리보다 압력이 낮다.

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