개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 평면에 작용하는 유체력 — 측면 힘·압력 단위·부력 평형
평면에 작용하는 유체력은 면적과 중심 깊이로 크기가 정해진다. 탱크 측면과 밑면에 걸리는 힘, 압력을 수두나 다른 단위로 바꾸는 방법, 진공계가 가리키는 값에서 절대압을 만드는 방법, 떠 있는 물체의 비중을 부력 평형으로 구하는 방법을 묻는다.
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뜻
수직 평면에 작용하는 힘은 밀도, 중력가속도, 중심 깊이, 면적을 곱해 구한다. 한 변 2m, 높이 4m인 탱크에 비중 0.8인 유체를 채우면 중심 깊이는 2m이고 면적은 8m²이므로 800×9.8×2×8을 계산해 약 125.4kN이 된다.
탱크 바닥의 압력은 전체 수심에 비례한다. 비중 0.85인 액체가 높이 15m까지 차 있으면 850×9.8×15를 계산해 약 125kPa이 된다.
압력은 수두로도 바꾼다. 1275kPa는 101.325kPa가 10.33m의 물수두에 해당하는 비율을 적용해 약 130m의 수두가 된다. 계기압력 515.8kPa가 40m 깊이에서 측정되었다면 비중량은 515.8을 40으로 나눈 약 12.9kN/m³이다.
절대압력은 계기압력에 대기압을 더한다. 계기압력 1.2MPa에 대기압 720mmHg를 96kPa로 환산해 더하면 1296kPa이 된다. 반대로 진공계가 80mmHg를 가리키고 기압계가 750mmHg라면 절대압력은 750에서 80을 뺀 670mmHg이고, 1mmHg를 0.1333kPa로 환산해 약 89.3kPa이 된다. 여러 압력값을 비교할 때는 모두 kPa로 통일한 뒤 크기를 견준다.
부력 평형으로 물체의 비중을 구할 수 있다. 비중 1.03인 바닷물에 전체 부피의 90%가 잠긴 빙산은 1.03에 0.9를 곱한 0.927의 비중을 가진다.
예제
선지 판단은 측면 힘을 밀도·중력가속도·중심 깊이·면적의 곱으로 계산하는지, 바닥 압력을 전체 수심으로 구하는지, 압력을 10.33m 기준의 수두로 환산하는지, 진공계 값은 대기압에서 빼고 계기압력은 대기압에 더한다고 보는지, 빙산의 비중을 액체 비중과 잠긴 부피 비율의 곱으로 구하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 탱크 측면에 작용하는 힘은 어떻게 구하나요?
- 밀도, 중력가속도, 중심 깊이, 면적을 곱합니다. 비중 0.8, 높이 4m, 한 변 2m인 탱크는 약 125.4kN입니다.
- 진공계가 80mmHg를 가리키면 절대압력은 어떻게 되나요?
- 기압계 값에서 진공도를 뺍니다. 기압이 750mmHg이면 670mmHg이고 약 89.3kPa입니다.
- 떠 있는 물체의 비중은 어떻게 구하나요?
- 액체의 비중에 잠긴 부피 비율을 곱합니다. 비중 1.03인 바닷물에 90% 잠긴 빙산은 0.927입니다.
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