부력 예비레포트

목차

1. 실험 목적

2. 바탕 이론
(1) 부력 (Buoyancy)
(2) 부력 계산식
(3) 평형 방정식
(4) 무게중심 (Center of Mass)
(5) 부력중심 (Center of Buoyancy)
(6) 복원력
(7) 잠수함의 구조와 원리

3. 기구 및 시약

4. 실험 방법

본문내용

1. 실험 목적

- 잠수함에 작용하는 부력의 유체역학적인 원리를 이해한다.
- 평형방정식을 통해 잠수 깊이와 무게의 상관관계를 알아본다.
- 중성부력을 형성하는 잠수함의 이론적 무게를 구해 실험값과 비교해본다.

2. 바탕 이론

(1) 부력 (Buoyancy)

부력이란 액체나 기체 등의 유체에 잠긴 물체가 유체로부터 받는 중력 반대 방향의 힘으로, 물체를 둘러싼 유체가 물체를 위로 밀어 올리는 힘이다. 부력의 크기는 아르키메데스의 원리에 따라 유체에 잠겨있는 물체의 부피만큼의 유체 무게와 같다. 즉, 물체가 잠기는 부피만큼 유체를 밀어내며 밀려난 유체의 무게 만큼 물체에 부력이 작용한다.

위와 같은 원리에 의해 유체보다 밀도가 작은 물체가 잠기는 경우 물체에 작용하는 부력이 중력보다 커져 물체가 유체 위로 떠오르게 되며, 유체보다 밀도가 큰 물체가 잠기는 경우는 중력이 부력보다 크므로 유체 내로 가라앉게 된다. 물체에 작용하는 부력과 중력의 크기에 따라 부력은 크게 중성부력, 양성부력, 음성부력으로 나눌 수 있다. 부력의 크기에 따른 운동상태를 확인해보면, 중성부력의 경우 정지해있으며 양성부력일 때에는 상승하고 음성부력일 때에는 하강한다.

(2) 부력 계산식

앞서 설명한 바와 같이 부력의 크기는 아르키메데스의 원리에 따라 유체 내에서 물체가 차지하는 부피만큼의 유체 무게와 같다. 해당 부피의 유체 질량은 부피에 유체의 밀도를 곱해서 구할 수 있으며 질량에 중력가속도를 곱해주면 유체의 무게를 구할 수 있다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

F _{B} = rho _{f} `gV (1)

rho _{f} : 유체의 밀도 (kg/L) , g : 중력가속도 (m/s ^{2}) , V : 물체의 부피 (L)

참고 자료

2020 1학기 단위조작이론및실험1 실험노트
James O.Wilkes, “화학공학 유체역학”, 사이플러스, 48-50p (2020)
Frank M.White, “Fluid Mechanics”, McGraw-Hill Education, 63-64, 88-92p (2017)
조윤식, “잠수함 선체구조 설계”, 대한조선학회 학술대회 자료집, 449p (2011)
손호재 외 1인, “잠수함 공학 개론”, 대영사, 90-97p (2001)
Serway, “일반물리학”, 물리학교재편찬위원회, 173-175, 205-208p (2010)
Soumya Chakraborty, “Introduction to Submarine Design”, www.marineinsight.com