유체역학 정수압 실험 보고서

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유체역학 정수압 실험 보고서

본문내용

는 과정인데 이 역시 평형을 눈으로 확인하기 때문에 공기 중에 미세하게 흔들림에도 정확하게 확인을 할 수가 없고 물을 채우고 나서 물결의 작은 흔들림으로 인해 정수압이 달라져서 이 점을 감안하면 정확한 평형이라고 볼 수 없을 것이다.
또한 실험에 사용된 추 역시 오래된 추를 사용하여 공기 중에 부식이 되어 나타나있는 무게보다 실제로는 무게가 덜 나가 이것 역시 평형을 맞춘다고 해도 실험값이 이론값에 근사치로 측정될 순 없을 것이다.
세 번째로는 실내에서 실험을 했지만 공기에 노출됨으로써 추력의 변화와 정수압에 대한 변화가 있을 수 있다는 점이다.
특히나 부분침수가 완전침수보다 오차율이 더 높았는데 위의 사항이 이유가 될 수 있다. 부분 침수 시 에는 완전침수보다 공기 중에 대한 노출이 높기 때문에 이로써 정수압에 대한 변화가 더 클 가능성이 높다.
네 번째로는 실내의 정확한 온도측정이 불가하였고 이로 인해 온도에 따른 물의 단위 중량 값이 달라져 실험값과 이론값이 차이가 날 수 있을 것이다.
다섯 번째는 물을 채우고 수심을 측정 할 때 눈으로 측정하였고 1mm단위로 측정하였기 때문에 0.1mm단위는 차이가 나서 오차율이 발생할 수가 있다.
이런 요인들을 생각하여 실험을 했다면 오차율을 줄일 수 있었을 것이다.
이번 정수압 실험은 완전 잠수 상태와 부분 잠수 상태에서 압력의 크기, 방향, 작용점에 대해 알아보고 작용점의 위치를 구하여 실험값과 이론값을 비교해보는 실험이었다. 실험자체는 쉬웠지만 계산과정이 복잡하고 헷갈리는 실험이었다. 우리 조는 물에 잠긴 평면에 가해지는 정수압의 작용점에 유체의 모멘트를 측정함으로서 구하였다.
초기 수심을 74mm로 잡고 부분 침수-완전 침수-완전 침수-부분 침수 순으로 물을 점차 채웠다가 빼는 방식으로 실험했는데, 부분, 완전 침수 모두 두 번째 실험에서 더 큰 오차가 발생했는데 매 실험마다 다시 한 번 조건을 확인하고 더욱 신중하게 임했으면 더 좋은 결과가 나왔을 것 같아 아쉬움이 남는다. 아무래도 정확한 평형 상태와 완전 정수압이 아니었던 점, 눈대중으로 계측을 했기 때문에 계측했던 값이 정확하지 못했던 점, 추의 무게 단위가 제한적이고 저울을 통해 정확한 추의 값을 계측하지 못한 점, 물이 9810의 단위 중량을 가지는 순수한 물이 아니었던 점 등이 오차의 원인으로 작용한 것 같다.
실험 결과에 의하면 추에 의한 모멘트와 정수압에 의한 모멘트는 어느 정도 비례하여 나타나는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 우리조의 실험에서 구한 정수압의 작용점이 타당함을 알 수 있었다.
평소 정역학과 유체역학에 지식이 많이 부족해서 실험 전 걱정이 많았는데 이번 실험을 통해 여러 가지 식을 공부하고 이해할 수 있었다. 특히 모멘트에 관해 많이 공부하고 라는 식으로 실험에 직접 적용해 보았다.
이번 정수압 실험에서 유체역학 실험 시 주의할 점 등을 많이 생각했고 실험을 통해 얻은 지식이 상하수도 등 건설 관련 분야에 실질적 도움이 될 수 있는 것 같다고 느꼈다.
이번 실험은 정수압 실험 장비를 이용해서 완전 침수이거나 부분침수인 물체의 평면에 작용하는 압력을 측정하고 이론값과 비교하는 실험이었다. 실험결과 표를 채우면서 중간고사 범위에서 가장 중요하게 다뤄진 비압축성 유체에서의 압력변화이론과 수직으로 작용하는 정수압으로 인한 힘의 작용점 이론을 적용해볼 수 있었다.
실험결과 추의 무게가 가벼워질수록 최대 수심부터 면적, 도심, 총 힘과 같은 값이 작아진다는 것을 알 수 있었다. 이는 에서 추의 무게가 도심 총 힘과 비례하기 때문에 나온 결과라고 볼 수 있다.
실험이 끝나고 이론값과 실험값을 비교하면서 전체적인 오차에 대해서 원인을 생각해볼 수 있었다. 우선 실험 시 우리는 기구의 평형을 맞추기 위해서 기울어진 기구 밑에 종이를 넣어야 했다. 이런 평형은 정확한 평형이 아니기 때문에 큰 오차의 원인이 될 수 있다. 추의 평형을 맞출 때 또한 마찬가지였다. 그리고 추의 무게가 10g, 20g 의 단위만 있어 세세한 무게 조절을 할 수 없었다. 좀 더 작은 단위의 무게인 추가 있다면 정확한 실험이 가능할 것이다. 또한 수심을 읽을 때 아날로그 방식인 자를 이용해 눈으로 대략적인 값을 읽는 것이기 때문에 상당한 오차가 발생했다. 우리 조의 결과를 보면 두 번째 부분 침수실험에서 큰 오차가 발생한 것을 볼 수 있다. 이에 대한 추가적인 오차의 원인을 생각해보면 두 번째 부분침수 실험은 우리조의 가장 마지막에 실행된 실험으로 물을 넣고 빼는 과정에서 기구를 움직여 평형이 맞춰지지 않아 전체적인 오차가 발생했음을 추측할 수 있다.
: 이번실험에서는 물체가 물에 완전히 잠겼을 때와 부분적으로 잠겼을 때 물체의 면에 작용하는 압력의 작용점과 크기를 구했다. 또한 실험 결과를 계산식에 대입 해 이론적인 결과와 실험의 결과를 비교했다.
이론을 배우고 난 다음에 실험을 했음에도 불구하고 실험 결과 값을 계산하는 과정이 복잡하고 어려웠다. 완전 침수보다 부분침수의 계산이 더 힘들었다. 이 부분에 대해서는 다시 한 번 이론을 정리해보고 계산해봐야겠다.
이번 실험에서 작지 않은 오차율이 발생했다. 오차발생 원인 중 하나는 추의 무게이다. 실험을 하는 추의 무게가 한정되어있었기 때문에 미세한 질량조절을 할 수 없어 오차 발생했다. 또한 처음해보는 유체 실험이라 실험방법을 완전히 숙지하지 못해 실험값을 읽는 부분에서나 진행하는 과정이 미숙해 오차가 꽤 발생한 것 같다. 앞으로는 실험방법을 완전히 숙지하여 이러한 오차를 줄일 수 있도록 해야겠다.
정수압 측정 실험자체는 간단하면서도 일상생활과 많은 관련이 있는 실험이란 생각이 들었다. 또한 여태까지 배웠던 이론들을 쉽게 실험을 통해 알아볼 수 있었다. 이번 실험을 통해 배운 보안해야하는 점들을 잘 기억해 두었다가 다음 실험에서 잘 적용해야겠다.
8. 참고문헌
MUNSON 외 3명. 2013년. Fluid Mechanics (SI Version). Wiley
양한주. 2017년. 유체역학. 진샘미디어
J. L. Meriam 외 2명 저. 2017년. 권진회 외 2명 역. 정역학 (SI Version). 시그마프레스

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