부력-예비

목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 실험장치 및 시약
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
부력을 이용하는 잠수함에 미치는 유체역학적 원리를 이해한다. 잠수함에 미치는 힘에 대한 방정식을 세워 잠수한 깊이와 무게와의 상관관계를 도출한다. 실험에서 주어진 아크릴 실린더를 깊이 1m의 수조 중앙에 띄워 중성부력을 만든 후 평형 방정식을 유도하여 유도된 식으로부터 그 무게를 계산한다.

2. 바탕 이론
1)부력
중력이 작용할 때 물체가 유체로부터 받는 중력과 반대 방향의 힘이다. 즉 중력에 반대 방향으로 위로 올리려는 힘이다. 부력의 크기는 물체로 인하여 밀려나온 유체의 무게와 같다. (아르키메데스 원리)
물체가 받는 부력은 물체 위에서 아래로 누르는 힘과 물체 바닥에서 위로 올려 주는 힘의 차이이다. 식으로 표현하면 아래와 같다.

2) 무게중심
중력장에 있는 물체는 중력이 작용하는 방향으로 끌어당기는 힘을 받는다. 이때 물체의 각 부분에 작용하는 중력의 합력이 작용하는 작용점을 무게중심이라고 한다. 즉, 물체가 받는 중력을 한 점에 작용하는 힘으로 표현 할 때의 위치를 무게중심이라고 하는 것이다. 중력에 의한 알짜 토크가 0인 점으로 무게 중심이 물체의 윗부분에 위치할 경우 물체가 매우 불안정하다. 무게 중심이 물체의 아랫부분에 위치할 경우 안정하다.

3) 부력중심
부력의 작용점으로, 물 위에 떠있는 물체에서 물 아래에 있는 부분의 기하학적 중심이다. 부력의 작용점은 물체가 밀어낸 부분에 유체가 있다고 가정했을 때의 무게중심과 일치한다. 따라서 부력 중심은 고정된 위치가 아니라 물체가 잠긴 형태에 따라서 이동하게 된다. 떠 있는 물체가 기울어져 있을 경우 복원력을 결정하는 중요한 요소이다. 무게중심과 부력중심이 멀리 떨어질 경우 복원력이 약해져서 물체가 넘어지기 쉽다.

참고 자료

화학공학유체역학(2008) / James O. Wilkes 저 / 윤도영 외 4명 공역 / 한산 / P. 38-41
네이버 백과사전 - 부력, 무게중심, 부력중심, 복원력
2018 3학년 1학기 실험노트
유체역학, Yunus A.Cengel, 김내현 외 6명 공역, McGraw-Hill Korea, p.87~89 (2006)
김석원, 2016년 2월, “고등학교 2학년 자연계열 학생들의 부력에 대한 개념이해 연구”, 한국교원대학교 교육대학원, p6~10
http://blog.naver.com/korea213/80028426795