[기계공학실험] 제트반동 실험

소개글

[기계공학실험] 제트반동 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실 험 요 약
Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론
Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항
Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 용어설명 및 실험관련 내용
ⅲ. 결론 및 고찰
ⅳ. 참고문헌

본문내용

다. 놀이동산이나 규모가 큰 호수공원에서 볼 수 있다.
또 하나의 예로, 화장실에서 사용하는 비데 역시 제트 반동의 원리를 이용한다고 할 수 있다. 변기 밑에서 뿜어져 나오는 물줄기의 힘을 사용하여 보다 더 깨끗하게 청결을 유지 할 수 있는 것이다.
ⅲ. 결론 및 고찰
이번에 시행한 제트 반동 실험은 압력을 받고 있는 유체로부터 기계적인 일을 유출해 내는 한 방법으로, 유체(=물)가 깃에 부딪히면서 운동량의 변화 즉 충격량으로 인해 발생된 힘을 알아보는 실험이었다. 6kg, 12kg 일 경우로 각각 4회의 실험을 하였고 실험을 반복하는 대해 있어서 최대한 기본 조건 및 주위 환경적인 요소는 동일한 상태를 유지하였다.
위의 실험 결과표<표-2>와 그래프를 살펴보면 6kg, 12kg 의 경우 모두 노즐 출구에서의 속도(=)가 깃에서 반사되었을 때의 속도(=U)보다 크게 나왔다. 이것은 공학적인 원리에 의해서 당연한 결과이다. 자세하게 수치적으로 표현한다면 질량이 6kg의 경우 평균적으로 는 1.55939 m/sec , U는 1.28322 m/sec 이고 초기속도와 충돌후의 속도차이는 약 0.27617 m/sec 나타났으며, 질량이 12kg 인 경우 =1.78829 m/sec, U=1.553215 m/sec 이고 약 0.2351 m/sec 의 차이를 보였다. 이것을 바탕으로 유체의 속도가 줄어든 만큼 그 에너지가 깃에 충격량이 전해졌다고 분석 할 수 있었다.
다음으로 실험을 통해서 힘과 Momentum과의 관계를 분석해 보았다. 위의 그래프에 보이는 바와 같이 항상 힘(=F)는 Momentum 보다 크게 나왔고 그 차이도 생각보다 크게 나왔다. 질량이 6kg일 경우 평균적인 힘과 모멘텀은 각각 약 5.37974N 과 0.19307N 으로 나타났고 12kg인 경우에는 약 5.4986N, 0.2514N 으로 나타났다. 질량이 6kg 일때 보다 12kg 일 경우 힘과 모멘텀이 크게 나타났으며 이것은 자연의 원리에 의해 당연한 결과라고 할 수 있다. 또한 위의 <그래프-5> 에 나타난 봐와 같이 실험계수 C 는 질량이 6kg인 경우가 12kg 인 경우보다 평균적으로 약 5.9531 정도 크게 나온다고 분석되었다.
지금까지 제트 반동 실험에 대한 결과 데이터를 가지고 주어진 조건에 따라 다른 결과에 대한 분석과 비교를 해보고 원리를 이해하였다. 하지만 이론적인 데이터와 실제 실험을 한 후 얻은 결과 데이터는 상당한 차이를 보였는데 그 이유를 지금부터 생각해 보겠다.
첫 번째 오차 발생 원인으로 추의 위치와 게이지의 평형 상태를 맞추는 과정에서의 계측 방법을 들 수 있다. 추의 위치와 게이지의 평형상태를 조정하고 측정하는 것은 정확한 기계가 한 것이 아니라 사람의 눈과 손으로 했기 때문에 100% 정확하다고 할 수 없다. 비록 최대한 섬세하고 정확하게 실험을 한다고 노력은 하였지만 사람의 눈이나 판단은 주관적인 요소가 많이 들어가기 때문에 어느 정도 부정확성이 발생하였을 것이다.
두 번째 오차 발생 요소로 유체의 상태 조건을 말할 수 있다. 실험에서 사용한 실험 장치는 우리 조가 처음 사용하는 것이 아니라 앞의 조에서 실험을 수십 번씩 한 상태였다. 당연히 실험기구 안의 흘러간 물이 모이는 장소에는 소량이 물이 배출되지 않은 상태였다. 실험 전 최대한 물을 배출하려고 했지만 증발하지 않은 이상 수분은 어느 정도 남아있었다.<사진-4>참조 또한 물의 유동이 되는 호수에도 실험 전에 어느 정도 물과 공기가 들어가 있는 상태였고, 그럼으로 인하여 펌프를 구동하였을 때 호수 내에서의 원활한 유체 흐름을 방해하였다고 생각한다.<사진-5> 참조. 호수 자체 또한 한 종류의 선형적인 모형이 아니라 길이문제 탓에 두 종류의 호수를 끼워서 연결하였고 연결한 조인트 부분에서도 아래의 <사진-6> 에서와 같이 실험을 진행하는 동안 물이 조금씩 유출되는 것을 볼 수 있었다. 물이 보관 장소에 차는 양으로 시간을 측정함에 있어서 외부로 유출되는 물의 양이 있다는 것은 실험 결과에 영향을 주었다고 생각할 수 있었다.
< 사진-4 물의 보관 장소 > < 사진-5 두 종류의 호수 > < 사진-6 호수 연결 부분 >
마지막으로 이번 실험 결과 데이터 계산을 하는데 중요한 요소 중의 하나인 시간과 밸브의 열림 정도를 측정하는 부분에서의 발생 오차를 생각할 수 있다. 우리조가 실험 전에 밸브의 열림 정도는 바퀴를 돌렸는데 오른쪽의 <사진-7>과 같이 실험장치의 밸브 개폐부분은 사람의 손과 눈으로 구동하는 방식이었다. 물론 밸브 표면에 눈금이 있었지만 사람이 하는 방법이라 아주 정확하다고는 단정 지을 수 없다. 또한 질량 역할을 하는 추가 올라갔을 때의 정확한 시간 측정과 유체가 노즐을 통과 했을 때 시간 측정도 사람이 직접 초시계를 들고 하였기 때문에 신뢰도가 100% 라고 하기에는 무리가 있다고 < 사진-7 밸브의 개폐장치 구동 사진 >
생각한다. 이러한 요소들이 존재하였기에 각각의 실험을 한번이 아닌 4번씩 반복하여 실험을 시행한 것이라고 생각한다.
비록 100% 정확한 실험을 했다고 할 수는 없었지만 이번 제트 반동 실험을 통하여 유체의 속도와 흐름으로 인하여 발생되는 운동량, 즉 충격 에너지에 대한 많은 공부를 하게 되었고 그 과정에서 기계공학적인 전문적 지식을 습득하게 되었다. 실험을 하기 전에는 유체를 가속시킴으로써 충격량을 얻어 그 힘을 사용하는 원리로 구동되는 물체나 도구(=제트엔진, 분수, 비데 등)를 쉽게 보고 넘어갔으나 실험을 하고 나서는 그 안에 기계적인 요소가 있다는 것을 알게 되었다. 이번 실험을 통해서 기계공학도로서 기계공학이라는 전문적 지식에 한 걸음 더 전진하는 좋은 계기가 되었다. 다음에 동일한 실험을 다시 할 기회가 주어진다면 위에서 언급했던 여러 가지 오차 요인들을 최대한 줄여서 이론값에 맞는 정확한 실험을 하고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① 유체역학, Robert W. Fox 외 1명, 사이텍미디어
② 일반물리학, 정현조, 범한서적 주식회사
③ http://blog.naver.com/kom2588?Redirect=Log&logNo=34116392, 제트엔진 사진 참조

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기계,   기계공학실험,   제트반동,   제트엔진,   제트,   엔진,   반동,   실험