개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 유체의 정의 및 성질 — 이상유체·뉴턴 점성법칙
유체의 정의와 성질은 이상유체를 어떻게 규정하는지, 뉴턴 점성법칙이 어떤 항으로 이루어지고 무엇과 무관한지, 점성계수의 단위와 온도에 따른 변화, 평행평판 사이 전단응력을 계산하는 방법을 묻는다.
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뜻
이상유체는 점성이 없고 비압축성인 유체다. 점성이 있는 유체는 이상유체가 아니므로 두 성질을 함께 갖추어야 이상유체라고 부른다.
뉴턴 점성법칙은 전단응력이 점성계수와 속도구배의 곱에 비례한다는 법칙이다. 전단응력은 점성계수와 속도구배(변형률)의 관계로 설명되며, 중력가속도나 정적 압력은 이 법칙에 포함되지 않는다.
점성계수의 단위는 힘을 면적으로 나눈 값을 속도구배로 나눈 것이므로 g/cm·s로 나타낸다. 온도에 대한 반응은 액체와 기체가 다르다. 액체는 온도가 오르면 분자 간 응집력이 약해져 점성계수가 감소한다.
평행평판 사이의 전단응력은 뉴턴 점성법칙으로 구한다. 간격 5mm인 두 평판 사이에 비중 0.8, 동점성계수 1.25×10⁻⁴m²/s인 유체가 채워지고 한쪽 판이 4m/s로 움직일 때, 밀도는 800kg/m³이므로 점성계수는 0.1Pa·s가 되고 속도구배는 4m/s를 0.005m로 나눈 800s⁻¹이 되어 평균 전단응력은 80Pa이다. 점성계수를 μ=τh/V로 두면 지수합 a+b+c는 1이 된다. 비중 1.3, 동점성계수 0.001m²/s인 액체는 밀도 1300kg/m³을 곱해 점성계수 1.3Pa·s로 계산한다.
예제
선지 판단은 이상유체를 점성이 없고 비압축성인 유체로 정의하는지, 뉴턴 점성법칙에서 중력가속도와 정적 압력을 제외하는지, 점성계수의 단위를 g/cm·s로 읽는지, 액체의 온도가 오르면 점성계수가 감소한다고 보는지, 평행평판 계산에서 점성계수와 속도구배를 곱해 전단응력을 구하는지, μ=τh/V의 지수합을 1로 두는지, 비중과 동점성계수로 점성계수를 계산하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 이상유체는 어떻게 정의하나요?
- 점성이 없고 비압축성인 유체입니다. 점성이 있는 유체는 이상유체가 아닙니다.
- 뉴턴 점성법칙에 포함되지 않는 것은 무엇인가요?
- 중력가속도와 정적 압력입니다. 전단응력은 점성계수와 속도구배의 곱으로 설명됩니다.
- 액체의 온도가 오르면 점성계수는 어떻게 되나요?
- 분자 간 응집력이 약해져 점성계수가 감소합니다.
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