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1[배관기능장 필기] 16년 1회차
그림과 같은 높이 20m인 커다란 저수탱크 밑에 구멍(지름 2cm)이 생겨 탱크 속의 물이 유출되고 있다. 이 때 유량 (m3/s)은 약 얼마인가? (단, 유출에 의한 높이의 변화를 무시하며 유량계수 Cv=1이다.)
문제 이미지
1
6.2×10-3
2
1.98×10-3
3
6.2×103
4
1.98×103
해설

유량은 약 6.2×10−3 m³/s이다. 토리첼리 정리로 구멍의 유출 속도를 구한 뒤 구멍 단면적을 곱한다.

그림 값: 수면에서 구멍까지 높이 h = 20m, 구멍 지름 d = 2cm = 0.02m, 유량계수 1.

유속: v=2gh=2×9.8×20≈19.8 m/sv=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\times9.8\times20}\approx19.8\ \mathrm{m/s}
단면적: A=π4×0.022≈3.14×10−4 m2A=\dfrac{\pi}{4}\times0.02^{2}\approx3.14\times10^{-4}\ \mathrm{m^{2}}
유량: Q=Av≈3.14×10−4×19.8≈6.2×10−3 m3/sQ=Av\approx3.14\times10^{-4}\times19.8\approx6.2\times10^{-3}\ \mathrm{m^{3}/s}

  • 1.98×10−3: 계산값 6.2×10−3의 약 1/3로, 위 계산과 맞지 않는다.
  • 6.2×103: 지수 부호가 반대여서, 지름 2cm 구멍에서 초당 6,200m³가 나온다는 불가능한 크기다.
  • 1.98×103: 자릿수부터 계산값과 전혀 맞지 않는다.

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