개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 유체의 점성 — 뉴턴유체 전단응력·체적탄성계수
유체의 점성은 정지한 유체가 전단응력을 견디지 못하고 계속 변형된다는 정의에서 출발한다. 뉴턴유체에서 전단응력이 전단율에 비례하는 정도, 회전수를 바꾸었을 때 응력이 어떻게 변하는지, 무차원인 물리량, 압력을 받은 알콜의 체적탄성계수를 계산하는 방법을 묻는다.
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뜻
유체는 정지 상태에서 전단응력을 지지하지 못하고 연속적으로 변형되는 성질을 가진다. 정지 시 전단응력이 운동 시보다 크다는 설명은 이 정의와 맞지 않는다.
뉴턴유체의 전단응력은 전단율에 비례한다. 슬라이딩 베어링 안 윤활유의 전단율은 축의 선속도에 비례하고 선속도는 회전수에 비례하므로, 회전수를 2배로 하면 전단응력도 2배가 된다.
무차원인 물리량은 단위가 상쇄되는 값이다. 비중은 밀도의 비이므로 무차원이고, 표면장력(N/m), 탄성계수(Pa), 비열(J/kg·K)은 단위를 가진다.
체적탄성계수는 K=-ΔP/(ΔV/V)로 정의한다. 체적 0.031m³인 알콜이 51000kPa의 압력을 받아 0.025m³로 줄면 ΔV는 0.006m³이고 체적변화율은 0.006을 0.031로 나눈 값이므로, K는 51000kPa를 이 변화율로 나눈 2.635×10⁸Pa가 된다.
모세관 상승높이는 h=4σ/(γd)의 관계를 따른다. 표면장력계수에는 비례하고 관의 지름과 비중량에는 반비례하므로, 지름이 커지면 상승높이는 낮아진다.
예제
선지 판단은 유체가 정지 상태에서 전단응력을 지지하지 못한다고 정의하는지, 뉴턴유체의 전단응력이 전단율에 비례하므로 회전수 2배에 응력도 2배로 보는지, 무차원수로 비중을 고르는지, 체적탄성계수를 -ΔP/(ΔV/V)로 계산해 2.635×10⁸Pa를 얻는지, 모세관 상승높이가 지름과 비중량에 반비례한다고 보는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 유체는 정지 상태에서 전단응력을 어떻게 하나요?
- 지지하지 못하고 연속적으로 변형됩니다. 이것이 유체의 기본 정의입니다.
- 뉴턴유체의 회전수를 2배로 하면 전단응력은 어떻게 되나요?
- 전단율이 2배가 되므로 전단응력도 2배가 됩니다. 전단응력은 전단율에 비례합니다.
- 체적탄성계수는 어떻게 계산하나요?
- K=-ΔP/(ΔV/V)로 계산합니다. 압력변화량을 체적변화율로 나눈 값입니다.
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