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건설기계설비기사 연속체의 개념 — 차원분석과 무차원수

연속체 개념은 물질을 연속적인 매질로 가정해 미소체적에서 물리량을 정의하는 전제이며, 차원분석과 무차원수 산출에서 기초 역할을 한다는 점을 이해해야 한다.

2026-10-23 기준 · 건설기계설비기사 대시보드

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시험에 이렇게 나온다

출제기준 단원 「연속체의 개념」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.

묻는 꼴문제 수무엇을 묻나
차원 유도 판단1물리량의 정의에서 기본차원으로 차원을 유도하는 능력 평가
무차원수 계산1레이놀즈수 공식을 적용해 수치 계산하는 능력 평가
단위 환산과 압력변환1진공계 읽기값을 절대압력으로 환산하는 절차와 계산 능력 평가

뜻

연속체 가정은 물질을 분자구조를 무시하고 연속적으로 분포한 매질로 다루는 전제이다. 이 전제 아래에서 물리량의 차원은 기본 물리량인 질량(M), 길이(L), 시간(T)의 조합으로 표현하여 유도한다는 원리가 적용된다.

차원분석은 복잡한 물리식의 차원 일치를 검증하거나 무차원수를 유도하는 도구로 사용한다. 예를 들어 힘은 질량×가속도에서 유도되므로 차원은 MLT⁻²가 되고, 일(에너지)은 힘에 거리(L)를 곱해 ML²T⁻²가 된다. 이처럼 단계적으로 정의에서 차원을 유도하면 계산 실수를 줄일 수 있다.

무차원수는 물리현상의 성격을 나타내는 수이며, 레이놀즈수처럼 속도·대표길이·동점성계수 조합으로 구한다. 동점성계수는 점성계수를 밀도로 나눈 값으로 차원에서 질량이 소거되어 L²T⁻¹의 차원을 갖는다는 점을 유의해야 한다.

차원변환 문제는 단위 통일이 핵심이다. 수은주 압력이나 수주 높이에서 절대압력을 구할 때에는 진공계의 읽기값을 대기압과의 관계로 처리하고 밀도×중력×높이로 환산해야 한다는 절차를 따르는 것이 기본 원리이다.

예제

레이놀즈수 계산 예시를 보인다. 지름 1cm(0.01m), 평균속도 1.2m/s, 동점성계수 ν를 약 1.79×10⁻⁶ m²/s로 가정하면 레이놀즈수는 Re = V D / ν를 적용해 1.2×0.01/1.79e-6 ≈ 6704가 된다. 단위 변환을 먼저 확인하는 것이 중요하다는 점을 확인한다.

압력 환산 예시를 보인다. 진공 압력계의 값이 75mmHg(부압)일 때 절대압력은 대기압 760mmHg에서 빼서 685mmHg가 된다. 이를 kPa로 환산하면 685×0.1333 ≈ 91.3kPa가 되어 수치 환산 절차와 단위 계수 사용을 점검할 수 있다.

대표 기출 3문항

다음 중 표준 대기압의 값이 아닌 것은?

  1. 14.7 psi
  2. 760 mmHg
  3. 1.033 mAq
  4. 1.013 bar
정답과 해설 보기

정답 ③ · 표준 대기압의 등가 값이 아닌 것을 찾는 문제이다. 1 atm = 101.325 kPa = 1.01325 bar = 760 mmHg = 14.7 psi에 해당한다.

표준대기압은 101.325kPa(1.01325bar), 760mmHg, 10.33mH2O, 14.696psi이다.

지름이 1 cm인 원통 관에 0℃ 의 물이 흐르고 있다. 평균속도가 1.2 m/s이고, 0℃ 물의 동점성계수가 ν = 1.788×10⁻⁶m²/s 일 때, 이 흐름의 레이놀즈수는?

  1. 2356
  2. 4282
  3. 6711
  4. 7801
정답과 해설 보기

정답 ③ · 관내 물 흐름의 레이놀즈수를 계산하는 문제이다. 레이놀즈수는 Re = VD/ν로 정의된다.

레이놀즈수는 '속도×지름/동점성계수' 공식에 값을 대입하여 계산하면 된다.

에너지의 차원을 옳게 표시한 것은? (단, F:힘, M:질량, L:거리, T:시간)

  1. [ML]
  2. [FLT-1]
  3. [ML2T2]
  4. [MLT-2]
정답과 해설 보기

정답 ③ · 에너지의 차원을 찾는 문제이다. 에너지는 일과 같으므로 힘×거리의 차원을 갖는다.

에너지는 일과 단위가 같으므로 힘×거리 차원을 유도하거나 질량×속도제곱 차원을 확인한다.

자주 묻는 물음

차원분석을 할 때 어떤 기본 원칙을 따르나요?
기본 물리량 M, L, T를 기준으로 정의에서 단계적으로 곱하고 나누어 차원을 유도한다. 힘=질량×가속도, 일=힘×거리, 일률=일/시간 순으로 차원을 전개하면 오류를 줄일 수 있다.
동점성계수는 어떤 차원을 가지나요?
동점성계수는 점성계수(ML⁻¹T⁻¹)를 밀도(ML⁻³)로 나눈 값으로 질량 차원이 소거되어 L²T⁻¹의 차원을 갖는다.
진공 압력계의 읽기값을 절대압력으로 바꾸는 방법은 무엇인가요?
진공 압력계의 부압은 대기압에서 빼서 절대압력으로 구한다. 얻은 수은주 높이는 밀도×중력가속도×높이로 환산하거나 1mmHg≈0.1333kPa 계수를 사용해 kPa로 변환한다.
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