단일구의 침강속도-예비

목차

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

본문내용

1. 실험 목적
중력 하에서 구가 정지 유체에서 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고, Drag coefficient(항력계수, )와 Reynolds Number(레이놀즈 수, )와의 관계를 알아본다.

2. 바탕 이론
1) 침강
액체나 기체 중에 함유된 밀도가 큰 입자가 중력이나 원심력의 작용을 받아 그 작용 방향으로 이동하는 현상을 말한다.

2) 종말 속도(terminal velocity)
물체를 정지된 유체 속으로 떨어뜨리게 되면 처음 얼마 동안은 중력의 영향으로 가속을 받게 되나 유체의 저항력으로 인하여 곧 입자에 작용하는 중력과 저항력(항력)이 같게 된다. 따라서 일정한 속도로 가라앉게 된다.

침강속도의 특징
1. 매질의 밀도와 점성이 클수록 침강속도는 느림
2. 수온이 높은 물에서 침강속도가 빠름
3. 입자의 형태가 원형에 가깝고 매끄러울수록 침강속도가 빠름
4. 입자의 크기가 클수록 침강속도가 빠름
5. 입자의 밀도가 클수록 침강속도가 빠름

3) 항력(drag)
물체가 유체 내에서 운동하거나 흐르는 유체 내에 물체가 정지해 있을 때 유체에 의해서 운동에 방해되는 힘을 받게 된다. 이때의 저항력을 항력이라고 한다.

4) 부력(buoyancy)
물에 뜨려는 힘을 말한다. 부력의 크기는 유체 속에 있는 물체의 부피와 같은 부피를 가진 유체의 무게와 같다. 어떤 물체의 무게가 부력보다 크면 그 물체는 가라앉을 것이고, 부력이 무게보다 크면 그 물체는 물에 뜰 것이다.

6) stokes 법칙
점성을 가지는 유체 속을 움직이는 구체의 레이놀즈 수가 작은 경우에 받는 저항에 대한 법칙을 말한다. 레이놀즈 수가 작다는 것은 점성력의 크기가 관성력에 비해서 큰 경우임을 의미한다. 따라서 물체의 크기가 작고 유체가 흐르는 속도가 느리며 유체의 점성계수가 큰 경우에 stokes 법칙이 잘 성립한다.
또한 낮은 레이놀즈 수의 층류, 균일한 구형입자, 매끄러운 표면이라는 제한 조건 하에서 stokes 법칙이 성립한다.

참고 자료

나무위키, 위키백과, 네이버 백과사전
송승화 외 6명, 침강하는 물체의 종말 속도 측정을 통한 항력계수 평가, Journal of the Institute of Industrial Technology, vol.14, p43-49 (2006)
윤도영 외 4명, 화학공학유체역학, 도서출판한산
2018 단위조작이론 및 실험1 실험노트
https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/dragsphere.html