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그림과 같이 경사관 마노미터의 직경 D=10d이고 경사관은 수평면에 대… | [건설기계설비기사 필기] 15년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[건설기계설비기사 필기] 15년 1회차
그림과 같이 경사관 마노미터의 직경 D=10d이고 경사관은 수평면에 대해 θ만큼 기울여져 있으며 대기 중에 노출되어 있다. 대기압보다 Δp의 큰 압력이 작용할 떄, L과 Δp와 관계로 옳은 것은? (단, 점선은 압력이 가해지기 전 액체의 높이이고, 액체의 밀도는 ρ, θ=30° 이다.)
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해설

L과 Δp의 관계는 L=10051⋅ΔpρgL=\dfrac{100}{51}\cdot\dfrac{\Delta p}{\rho g} 이다.

그림에서 왼쪽 큰 통(지름 D=10dD=10d)에 대기압보다 Δp\Delta p 만큼 큰 압력이 걸리면, 오른쪽 경사관(지름 d)의 액면이 관을 따라 L 만큼 밀려 올라간다. 압력차는 움직인 두 액면의 연직 높이차와 균형을 이룬다.

경사관으로 밀려 나간 부피만큼 큰 통의 액면이 내려가므로 하강량은 Δh=L(dD)2=L100\Delta h=L\left(\dfrac{d}{D}\right)^{2}=\dfrac{L}{100} 이고, 경사관 쪽 상승 높이는 Lsin⁡θL\sin\theta 이다.
Δp=ρg(Lsin⁡θ+L100)\Delta p=\rho g\left(L\sin\theta+\dfrac{L}{100}\right)

θ=30∘\theta=30^\circ 를 넣으면 Δp=ρgL(0.5+0.01)=0.51 ρgL\Delta p=\rho gL(0.5+0.01)=0.51\,\rho gL, 즉 L=Δp0.51ρg=10051⋅ΔpρgL=\dfrac{\Delta p}{0.51\rho g}=\dfrac{100}{51}\cdot\dfrac{\Delta p}{\rho g} 이다. 큰 통의 액면 강하 L/100L/100 까지 더해야 51/100 이라는 계수가 나온다. L을 구할 때는 0.51 로 나눠야 하므로 51100\dfrac{51}{100} 을 곱하는 형태는 관계를 뒤집어 쓴 식이고, 면적비를 L/100L/100 대신 100L100L 로 잘못 반영하면 201 이 들어간 식이 된다.

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