소방설비기사(기계) 체적탄성계수와 모세관현상 — 차원으로 읽는 유체

점성계수의 차원은 뉴턴의 점성 법칙에서 나온다. 전단응력은 힘을 면적으로 나눈 값이므로 질량·길이·시간으로 나타내면 ML⁻¹T⁻²이고, 속도구배는 T⁻¹이다. 점성계수는 이 둘을 나눈 값이므로 ML⁻¹T⁻¹이 된다. 동점성계수는 점성계수를 밀도로 나눈 값이므로 한 번 더 길이와 질량이 정리되어 L²T⁻¹이 된다.

유체는 아무리 작은 전단력에도 변형을 일으키는 물질이다. 이상기체 상태방정식은 기체에만 해당하고 모든 유체에 적용되지 않는다. 용기의 모양에 따라 충만하는 것은 기체의 특징이며, 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것은 중력의 영향이지 유체의 정의가 아니다.

비압축성 가정에는 적용 범위가 있다. 마하수가 0.3 이하일 때는 밀도 변화가 작아 비압축성으로 볼 수 있지만, 음속을 넘는 초음속 흐름에서는 밀도 변화가 커져 압축성 유체로 다루어야 한다. 느린 공기 흐름은 비압축성으로 근사할 수 있고, 빠른 비행체 주위의 흐름은 그럴 수 없다.

모세관현상은 응집력과 부착력의 차이로 생긴다. 액체 분자끼리 당기는 힘과 고체면에 붙으려는 힘의 균형이 달라지면서 관 안의 액체 표면이 자유표면보다 높아지거나 낮아진다. 관성력이나 점성, 마찰법칙은 이 높이 차이를 직접 설명하지 않는다.

밀도를 재는 방법과 점도를 재는 방법은 구분한다. 비중계로 직접 읽거나, 알려진 부피의 용기에 채워 질량을 재거나, 추를 이용해 부피를 재는 방법은 밀도와 관계가 깊다. 반면 작은 관을 통해 액체가 통과하는 시간을 재는 방법은 점도를 재는 방법이지 밀도를 재는 방법이 아니다.

음속은 체적탄성계수와 밀도로 구한다. 5℃ 물에서 체적탄성계수가 2.11×10⁹N/m², 밀도가 999.1kg/m³이면 음속은 두 값의 비의 제곱근으로 약 1453m/s가 된다. 압력과 체적 유량을 곱한 값은 힘×길이/시간(FLT⁻¹)의 차원을 가져 동력과 같다.