단일구의 침강속도-예비

목차

1. 실험 목적

2. 바탕 이론
1) 침강
2) 중력
3) 부력
4) 항력
5) Stokes 법칙
6) 종말 속도
7) 레이놀즈 수

3. 기구 및 시약

4. 실험 방법

5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
중력 하에서, 구가 정지 유체에서 침강할 때 일어나는 현상을 이해하고 Drag Coefficient와 Reynolds 수와의 관계를 알아본다.

2. 바탕 이론
(1) 침강
침강이란 유체 중 함유된 유체보다 밀도가 큰 입자가 중력이나 원심력에 의해그 작용 방향으로 이동하는 현상이다. 침강에는 자유침강과 간섭침강의 두 종류가 있다. 그 중, 자유침강이란 입자가 용기 벽으로부터 영향을 받지 않는 경우를 말하며, 이상적인 침강이다. 반면, 간섭침강이란 용기 벽과 입자가 충분히 가까워 용기 벽의 영향을 받는 경우를 말한다. 이번 실험에서는 단일구가 자유침강한다고 가정한다. 침강하는 입자에는 중력, 부력, 항력의 세 가지 힘이 작용한다. 이 세 가지 힘은 모두 연직방향으로 작용하는 힘이므로, 수평방향으로 작용하는 힘에 대해서는 고려하지 않는다. 하지만 유체에 의해 대각선 방향으로 힘이 작용한다면 오차가 생길 수 있기 때문에 실험에 유의해야한다.

(2) 중력
질량이 있는 모든 물체 사이에는 서로가 서로를 끌어당기는 만유인력이 존재한다. 이때, 지구가 물체를 잡아당기는 힘을 중력이라고 한다. 정확히는 지구의 만유인력으로 인해 지구 중심방향으로 당겨지는 힘과 지구 자전에 따른 원심력으로 인해 지구 중심방향에서 멀어지는 힘을 합한 것이 중력이다. 결국, 지구의 물체는 땅에 닿아있기 때문에 만유인력에 의한 힘이 더 큰 것이고, 중력의 방향은 지구 중심을 향한 연직방향이 된다.
중력의 크기는 물체의 질량이 클수록, 지구 중심과 가까울수록 커진다. 이번 실험에서 사용되는 중력에 관한 수식은 다음과 같다.

(3) 부력
부력이란 유체에 잠긴 물체의 상하면에 작용하는 중력 방향의 압력 차만큼 물체를 위쪽으로 밀어 올리려는 힘이다. 이 압력 차로 인해 위쪽으로 밀어 올리려는 힘과 물체의 중력이 같아지는 높이에서 물체는 정지한다.

참고 자료

2021년 단위조작이론및실험1 실험노트 p. 8~13
김은주, 변영환, 박수형. (2019). KULT(Konkuk University Ludwieg Tube)에서의 구의 항력계수 측정. 한국추진공학회 학술대회논문집, 454-456
James O. Wilkes (2020) 《윌키스의 화학공학 유체역학》 제 3판 p.187~196
안전보건공단 MSDS
네이버 지식백과 (물백과사전-물의 점성, 용어사전-침강)
https://bit.ly/3vrpQRg
https://bit.ly/2NisB6t
위키백과 (항력, 항력계수, 레이놀즈수)
https://bit.ly/3tbtXzc
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성기천 이진휘 김기준 공저, 화학공학실험, 사이텍미디어, p405-407
윤석범 임익태 서이수 공저, 유체역학, 제2판, p107-108