개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 정지유체의 압력과 부력 — 게이지압·절대압·압력중심
정지유체의 압력은 깊이에 비례해 커진다. 비중과 깊이로 게이지 압력을 구하고, 액주 높이를 수은주로 환산하며, 대기압에 유체층의 수두압을 더해 절대압을 만든다. 잠긴 평면에 작용하는 힘의 크기와 작용점, 부력의 평형 조건도 함께 묻는다.
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뜻
게이지 압력은 밀도, 중력가속도, 깊이의 곱이다. 비중 0.81인 기름 속 3m 지점은 0.81×1000×9.8×3을 계산해 약 23.8kPa가 된다.
액체의 압력은 다른 액주의 높이로 환산할 수 있다. 비중 S인 액체의 액면 아래 h cm 지점의 계기압력은 수은주로 10Sh/13.6mm가 된다. 27kPa의 압력은 수은 비중 13.6과 중력가속도 9.8을 넣어 약 202.6mm의 수은주 높이가 된다.
절대압력은 국소 대기압에 각 유체층의 수두압을 더해 구한다. 대기압 94.66kPa인 곳에서 물 2m와 비중 0.83인 기름 2m가 쌓인 탱크 밑면은 물 19.6kPa, 기름 16.27kPa를 더해 약 130.53kPa가 된다. 밀폐 용기에서 공기압 9800Pa가 기름 표면에 작용하고 그 아래 1m 지점을 보면 총압은 9800에 800×9.8×1을 더한 17640Pa이고, 이를 물의 수두로 환산하면 1.8m다.
잠긴 평면의 힘은 비중량, 중심 깊이, 면적을 곱해 구한다. 밑면 3m×5m인 물탱크에 물이 5m 깊이로 차 있으면 9800×5×15를 계산해 735kN이 된다.
압력중심은 수심이 깊을수록 압력이 커지는 분포 때문에 도심보다 항상 아래쪽에 놓인다. 부력은 배제된 유체의 무게와 같고, 떠 있는 물체가 정지해 있으면 물체의 무게와 평형을 이룬다.
예제
선지 판단은 비중과 깊이로 게이지 압력을 구하는지, 액체 압력을 10Sh/13.6mm의 수은주로 환산하는지, 대기압에 각 층의 수두압을 더해 절대압을 만드는지, 수평면의 힘을 γhA로 계산하는지, 압력중심이 도심보다 아래에 있다고 보는지, 부력을 배제 유체의 무게로 정의하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 게이지 압력은 어떻게 구하나요?
- 밀도, 중력가속도, 깊이를 곱합니다. 비중 0.81인 기름 3m 지점은 약 23.8kPa입니다.
- 압력중심은 도심과 어떤 관계인가요?
- 수심이 깊어질수록 압력이 커지므로 압력중심은 도심보다 항상 아래쪽에 있습니다.
- 부력은 무엇과 같은가요?
- 물체가 배제한 유체의 무게와 같습니다. 떠 있는 물체가 정지해 있으면 물체의 무게와 평형을 이룹니다.
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