수리실험 (부력)

소개

수리실험 레포트입니다~ 저번학기에 망설임 없이 A+ 받았어요 ㅎㅎ

목차

1. 실험 목적
2. 관련 이론
3.실험방법
4.실험결과 및 계산
4. 결론 및 토의

본문내용

1. 실험 목적
수중에 있는 물체는 그 표면에 정수압을 받는다. 물체 표면에 작용하는 수평분력은 그 물체의 수평방향의 투영면에 작용하므로 항상 평형을 이루고 있다. 그러므로 정수압은 연직분력만을 고려하면 된다. 일반적으로 부체가 수면에 의하여 절단되는 면을 부양면이라 하고, 부양면에서 물체하단까지의 길이를 흘수(Draft or Drought)라 한다. 배가 안정적으로 뜨기 위해서는 부력중심과 무게중심의 관계를 잘 알아야 한다. 부력중심보다 무게중심이 밑에 있으면 배가 안정적으로 뜨지만 부력중심보다 무게중심이 위에 있으면 배가 뒤집히게 된다. 부체의 안정성 실험을 통하여 부체의 경심과 부심, 무게중심의 상관관계를 이해하고 추를 이동하면서 생기는 무게 중심의 변화에 따른 부체의 안정성과 불안정성을 판단하고 이를 이론 계산 값과 비교하여 Archimedes의 원리와 부력(Bouyancy)의 관계를 이해하고 부체의 중심, 부심을 변화시켜 부체가 안정되는 한계조건을 이해한다


2. 관련 이론
[아르키메데스의 원리]
배의 선체는 배의 구성요소들을 물에 뜨게 하는 역할을 한다. 아르키메데스의 법칙에 의하면, 배가 바다에 떠있을 때 물속에 잠긴 부분의 체적에 바닷물의 비중량(단위체적당 중량)을 곱한 것과 요트의 전체 무게는 서로 같다. 즉, 바다위에 떠있는 배는 자기가 밀어낸(배수한) 바닷물의 무게만큼의 부력을 받고 있다는 것이다. 배의 무게를 ‘ 배가 밀어낸 물의 양’,즉 ‘배수량(displacement)` 이라고 부르게 된 것도 바로 이 때문이다.
따라서 배를 물에 띄우면 배의 선체가 점차 가라앉으면서 물을 밀어내게 되고, 밀려난 물은 배를 뜨게 하는 부력을 일으킨다. 배의 무게가 배수량과 같아지면 배이 중량과 부력이 평형을 이루어, 배는 안정된 상태로 물에 떠있게 된다. 이때 부력의 중심은 선체의 물에 잠긴 부분의 체적중심에 놓인다.
[복원력, 복원 모멘트]
선체의 또 다른 역할은 배가 쉽게 기울어지거나 전복되지 않는 특성을 갖도록 하는 것이다. 기울어져도 원상태로 되돌아가려는 힘을 ‘복원력(restoring force)`이라고 하는데, 그 크기는 배가 기울어졌을 때 요트의 무게중심(중심)과 부력중심(부심)의 위치에 따라 결정된다. 물체를 회전시키는 것은 단순한 힘이 아니라 힘과 힘이 작용하는 점까지의 거리를 곱하여 표현되는 ‘힘의 능률’, 즉 ‘모멘트’이므로, 복원력보다는 ‘복원모멘트(restoring moment)`라고 부르는 것이 더 정확하다. 일반적으로 배의 무게중심 위치가 낮고, 배가 경사(횡경사)되었을 때 부력중심의 이동이 크다면 복원 모멘트도 크다고 볼 수 있다.
또한 복원 모멘트는 배가 길이 방향으로 즉 Y축을 중심으로 회전할 때 나타나는 성분인 트림(trim)과 피치(pitch)가 발생하여도 나타난다. 이것을 ‘종 복원 모멘트’라 하며, 그 원리는 보통의 횡 복원 모멘트와 같다.

참고자료

· 없음