부력 예비레포트 A+

소개

"부력 예비레포트 A+"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 바탕 이론
(1) 부력
(2) 부력의 종류
(3) 무게중심
(4) 부력중심
(5) 복원력
(6) 잠수함의 구조

3. 기구 및 시약
(1) 아크릴 실린더
(2) 수조
(3) 무게추
(4) 저울

4. 실험 방법

5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
부력에 대해 알아보고, 잠수함에 미치는 영향을 유체역학적으로 이해할 수 있다. 잠수함에 대한 평형방정식으로부터 잠수 깊이와 무게 사이의 관계를 도출할 수 있다. 수조에 떠 있는 아크릴 실린더에 대한 평형방정식을 유도하고, 이를 통해 실린더의 무게를 계산할 수 있다.

2. 바탕 이론
(1) 부력
부력이란 액체 내부의 물체에 중력이 작용할 때, 중력의 반대 방향으로 작용해 물체를 밀어 올리는 힘을 의미한다. 이는 물체의 상부와 하부 각각에 가해지는 압력 차이로부터 발생하며, Fig 1.의 상황을 통해 부력에 대한 식을 유도할 수 있다.

Fig 1. 액체 내부의 물체에 작용하는 부력

액체의 자유표면으로부터 물체 상부까지의 거리를 , 하부까지의 거리를 , 유체의 밀도를 , 대기압을 , 물체 상부에 작용하는 압력을 , 물체 하부에 작용하는 압력을 라 하자. 먼저 힘과 작용 면적을 이용해 압력을 나타낸 후, 뉴턴의 제2 법칙인 를 이용해 다음과 같이 변형할 수 있다.

액체 속 물체에 작용하는 압력은 대기압과 액체에 의한 압력의 합임을 알 수 있다. 따라서 물체의 상부에 작용하는 압력은 으로, 물체의 하부에 작용하는 압력은 로 나타낼 수 있다. 또한 Fig 1.에 나타낸 것처럼 물체를 무한소 크기의 단면적을 갖는 직육면체로 나눈 다면 물체의 윗면과 아랫면의 면적은 로 같아진다. 물체의 윗면과 아랫면의 면적을 통해 물체의 각 면에 작용하는 힘을 나타낼 수 있고, 두 힘의 차이를 통해 물체에 작용하는 미소의 알짜힘 를 구할 수 있다. 이때 아랫면과 윗면의 단면적이 로 동일하다고 가정했기 때문에, 각 면에 가해지는 압력의 크기에 의해 힘의 크기가 결정된다. 액체에 의한 압력 때문에 더 깊은 부분에 있는 아랫면에 가해지는 압력이 윗면의 압력보다 크며, 에 대해 다음과 같이 정리할 수 있다.

참고자료

· [1] 단위 조작 이론 및 실험 1 실험노트, 광운대학교
· [2] 고완석 외 4명, 단위조작, 보문당, p. 407~413, (2003)
· [3] 전용한 외 2명, 유체역학, 도서출판명진, (2016)
· [4] 유병용, 과학으로 만드는 배, 지성사, p.44~56, p.166~172, (2006)