부력 실험_예비레포트 [A+]

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목차

1. 실험 목적
2. 바탕 이론
3. 실험 기기
4. 실험 방법
5. 참고문헌

본문내용

원력으로 나뉘게 된다. 양의 복원력은 무게중심 방향으로 이동하고, 음의 복원력은 무게중심 반대방향으로 이동해 중심을 맞추는 힘이다. 그러나 음의 복원력은 물체가 뒤집어지면서 중심이 맞춰지는 것이기 때문에 전복되는 것과 같다.
Fig 6. 선박에 작용하는 양과 음의 복원력
(5) 잠수함의 구조 (Structure of Submarine)
- 잠수함은 물 속으로 다니는 선박을 말한다. 이는 부력을 이용해서 물 속에서 뜨거나 가라앉으며 바닷속을 이동한다. 잠수함의 구조는 다음 Fig 6 와 같이 크게 주 부력탱크 (Main Ballast Tanks), 트림탱크(Trim Tanks), 보상탱크(Torpedo Ballast Tanks), 연료탱크(Fuel Tanks), 자유층수구역(Free Flood Area), 기밀실(Pressure Hull)로 구성된다.
① 주 부력탱크 (Main Ballast Tanks)
- 주 부력탱크는 잠수함의 부력 조절에 가장 중요한 역할을 하는 탱크이다. 잠수함은 선체 안에 물을 유입시키는 방식으로 부력을 조절하는데, 이러한 물의 유입을 조절하는 탱크가 바로 이 주부력 탱크이다. 잠수함은 부력탱크에 바닷물을 담아서 아래로 잠수하고, 탱크에 공기를 주입해 바닷물을 밀어내면서 물 위로 올라간다.
② 트림탱크(Trim Tanks)
- 트림탱크는 잠수함의 머리 쪽과 꼬리 쪽에 각각 붙어있는 탱크이며, 잠수함의 전체적인 균형을 유지해준다. 즉 배의 무게중심과 부력중심을 조절해서 복원력을 발생시켜 배가 전복되지 않도록 균형을 유지하는 역할을 한다.
③ 보상탱크(Torpedo Ballast Tanks)
- 보상탱크는 잠수함이 중성부력을 지속적으로 유지하게 하는 역할을 하는 탱크이다. 이는 바닷물을 적당히 유입시키고 유출시킴으로써 원하는 깊이에서 항해할 수 있도록 돕는다.
(6) 평형 방정식
- 평형 방정식은 물체가 물의 깊이에 따라 물체가 받는 중력과 부력의 힘이 같아질 때의 물체의 무게를 알아내기 위해 사용되는 방정식이다. 이번 실험에서 물의 깊이에 따라 달라지는 잠수함의 무게를 계산하고, 둘의 관계를 알아보기 위해 사용된다.
3. 실험 기기
① 수조
- 수조에 물을 채워 아크릴실린더를 가라앉히는 데 사용한다.
Fig 8. 수조
② 아크릴 실린더
- 이번 실험에서 수조 안의 물에 가라앉는 잠수함의 역할을 한다.
Fig 9. 아크릴 실린더
③ 무게 추
- 크기에 따라 다른 무게를 가지는 추이며, 아크릴 실린더에 무게 추를 넣어 적절한 중성부력을 찾는다.
④ 저울
- 중성부력에 해당하는 이론적 무게와 실제 실험에서의 무게를 비교하기 위해 사용한다.
4. 실험 방법
(1) 가로, 세로, 높이 1 m인 수조 안에 물을 가득 채운다.
(2) 계산된 무게를 맞추기 위하여 무게 추를 이용해 아크릴 실린더의 무게를 맞춘다.
(3) 아크릴 실린더 잠수함을 띄운다.
(4) 잠수함을 잠수시켜 중성부력을 유지 할 수 있는지 관찰한다.
(5) 다양한 무게를 실험하여 무게와 부력 그리고 깊이의 상관관계를 도출한다.
※ 실험 시 주의사항
1. 아크릴 실린더를 수조안의 물에 넣어줄 때 조심스럽게 천천히 넣어주어야 한다.
2. 무게의 중심이 한쪽으로 쏠리지 않도록 중심을 잘 잡아준다.
3. 항력이 작용하지 않도록 유체의 정지 상태에서 실험을 진행한다.
5. 참고 문헌
[1] 2019학년도 3학년 1학기 실험노트
[2] 임진근, 김지호, 박영진, <토목기사 과년도-수리수문학>, 성안당, page 45, (2015)
[3] Yunus A. cengel 외 1명, <유체역학>, Mc Graw-Hill Korea, page 166-169, (2005)

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