유체 제트반동 실험

목차

Ⅰ. 서 론 ---------------------------------------------------1~3

ⅰ. 시험목적 -----------------------------------------------------------1

ⅱ. 시험이론 -------------------------------------------------------1 ~ 3

Ⅱ. 본 론 ---------------------------------------------------3~4

ⅰ. 시험장치 ------------------------------------------------------------3

ⅱ. 시험방법 ------------------------------------------------------------4

Ⅲ. 결 론 --------------------------------------------------5~11

ⅰ. 시험결과 ----------------------------------------------------------5~9

ⅱ. 고 찰 --------------------------------------------------------10~11

ⅲ. 참고문헌 -----------------------------------------------------------11

표, 그래프, 그림 및 사진

✹ 그림 1 날개에 부딪힌 분류의 각도변화

✹ 그림 2 실험 장치

✹ Graph 1 m=6kg 일 때 물의 모멘텀과 힘과의 관계

✹ Graph 2 m=12kg 일 때 물의 모멘텀과 힘과의 관계

✹ Graph 3 질량에 따른 실험계수(C)의 비교

✹ Graph 1 이론값 실험값 비교 그래프

✹ Graph 4 m=6kg일 때 노즐의 속도와 깃에 부딪힌 후의 속도비교

✹ Graph 5 m=12kg일 때 노즐의 속도와 깃에 부딪힌 후의 속도비교

본문내용

결되어 있고 한쪽 끝은 “ㄱ ”자 모양으로 저울대 수평조절 나사에 의해 저울대의 평형을 맞추면 이를 표시하도록 되어 있다. NOZZLE로부터 분사되는 물에 의한 충격력은 저울대의 평형을 깨뜨리게 되며 이때 저울추를 오른 쪽으로 움직여 꼬리표가 원리를 평형상태를 가리키도록 함으로써 충격력의 크기를 측정하게 된다.
ⅱ. 시험방법
① 추를 지렛대의 영점에 놓고 스프링의 위에 있는 너트를 이용하여 지렛대를
수평으로 조정한다.
② 분류가 깃의 중심에 정확히 향하도록 조정나사를 조정한다.
③ 펌프를 가동시키고 밸브를 열어 물이 분사되도록 한 다음 추를 이동시켜 지렛대가
다시 수평을 이루도록 하여 거리를 측정한다.
④ 시간이 흐르면 계측수조에 고이는 물의 무게로 인하여 추가 올라가게 되어 정지대
닿게 될 때 시간을 측정 한다
(시간은 밸브를 열어 물이 분사되는 시간부터 추가 정지대에 부딪치는 시간까지를
측정해야 유량을 계산할 수 있게 된다.)
⑤ 실험결과의 기록표에는 계측수조에 모인 물의 양과 이에 소요된 시간 및 추의 위치
를 기록한다.
⑥ 밸브의 여는 정도와 추의 질량을(6kg,12kg) 바꾸어 가며 실험하여 유량과 힘과의
관계를 살펴본다.
Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험 결과
1)실험장치의 주요치수
실험장치의 주요치수
노즐의 직경 : 10 mm
추의 질량 : 610 g
지지점에서 깃 중심까지의 수직거리
151mm
노즐출구에서 깃 중심까지의 수직거리
40mm
- 힘 (깃에 작용한)
- 유량 (노즐을 통과하는)
- 속도 ()
(1) 노즐 출구에서
(2) 깃에서 반사될 때
- 실험계수
깃에 전달되는 힘 / momentum
2) 결과값 계산
m = 6kg 일 때
1회
2회
3회
4회
m = 12kg 일 때
1회
2회
3회
4회
water
weight
Q
m3/sec
T
sec
x
m
U
m/sec
U0
m/sec
ρQU0
N
F
N
C
F/ρQU0
6
k
g
1회
0.0000723
83
0.066
0.920552
0.250232
0.018091
2.615566
144.5782
2회
0.0000789
76
0.063
1.004586
0.473701
0.037375
2.496677
66.80072
3회
0.0000750
80
0.065
0.954929
0.356497
0.026737
2.575937
96.34353
4회
0.0000822
73
0.066
1.046602
0.557294
0.045809
2.615566
57.09721
1
2
k
g
1회
0.0000870
138
0.067
1.107718
0.665011
0.057856
2.655196
45.89318
2회
0.0000795
151
0.065
1.012225
0.489694
0.038930
2.694826
69.22235
3회
0.0000851
141
0.065
1.083526
0.623883
0.053092
2.575937
48.51836
4회
0.0000902
133
0.066
1.148462
0.730866
0.065924
2.615566
39.67547
3)Graph
ⅱ. 고 찰
이번 실험은 제트 반동에 대한 실험이다. 분류(jet)는 압력을 많이 받아 속도가 빠른상태이다. 이는 많은 운동량을 혹은 에너지를 가지고 있음을 나타낸다. 이런 에너지를 가진 유체로부터 기계적 일을 유추해 낼 수 있다. 운동량-충격량 원리를 이용한다.
급수관을 통해 공급되는 물은 노즐을 통하여 분사되고 분사된 물은 반구형 날개를 치게된다. 열역학 강의에서 노즐은 입구에서의 압력은 낮고 속도는 느리지만 출구에서의 압력은 높고 속도는 빠르다는 것을 배웠다. 이러한 노즐은 높은 압력을 요하는 소방호수, 우주왕복선의 부분, 비행기엔진 등에 쓰인다. 노즐을 통해 나온 물은 반구형 날개를 치고 날개는 그 위에 저울을 치게된다. 분류(jet)의 운동량을 측정하는 것이다. 추의 수평을 다시 맞춰봄으써 깃에 작용한 힘을 알 수 있다. m = 6kg일 때와 m = 12kg일 때 두 번을 아래와 같이 측정하였지만 깃에 작용한 힘은 모두 비슷함을 알 수 있다. 평균적으로 약
1회
2회
3회
4회
6kg
0.066m
0.063m
0.065m
0.066m
12kg
0.067m
0.065m
0.065m
0.066m
70mm정도 움직였다.
첫 번째 두 번째 그래프에서 보면 물의 힘과 모멘텀의 크기 차이가 남을 알 수 있다. 물이 가지고 있던 에너지를 깃을 치는데 사용한 것이다. 비슷한 맥락으로 4번째 5번째 그래프를 보면 다음을 알 수 있다. 깃에 부딪힌 후의 속도 ()가 깃에 부딪힌 후에 반정도 줄었음을 알 수 있다. 운동량 보존의 법칙에서 알 수 있듯이 줄어든 힘, 속도 즉, 에너지만큼 일을 한 것이다. 에너지를 얻은 깃은 회전하여 기계적인 일을 할 수 있다.
전체적인 그래프 형상을 보았을 때 2번째 실험이 좀 튀는 값이 나왔다. 실험을 하면서 오차가 발생하게 되는데 이번실험에서의 오차발생원인은 다음과 같다. 1번의 실험을 하고 수조에 담긴 물을 빼야하는데 물이 완전히 빠지지 않은 점을 들 수 있다. 처음실험에서는 완전히 물이 빠져있었지만 수조의 바닥도 잘 보이지 않았을뿐더러 물도 완벽하게 빠지지 않았다. 수조의 배수구를 막는 곳에서 약간의 누수가 발생해 시간을 측정하는데 차이가 발생하였을 것이다. 수조 안에 물이 다 차게 되면 레버가 올라가게 되어있는데 레버가 올라가는 정도가 달라서 시간측정에 1~2초 정도 오차가 발생하였다. 수조에 물이 완전히 차지 않았지만 물의 위치에너지로 인한 움직임이 있을 경우를 대비해 레버가 완전히 정지한 다음 시간을 측정하였다. 또한 펌프를 작동시키고 분류(jet)가 반구형 깃을 치는 시점부터 시간을 측정하기로 하였다. 그러나 물이 한 번에 나오지 않고 조금씩 흘러나와서 시작 시간이 애매한 점이 있었다.
이번 실험에서는 유체역학과 운동량 충격량 법칙을 다시 공부하게 되는 실험이었다. 실험실에 날개가 반구형인 장치밖에 없어서 한 가지 실험만 하였지만, 실험이론에 거론된 날개가 평판이었다면 어떤 차이점을 가지게 되는지 의문점이 들었다.
ⅲ. 참고 문헌
유체역학 Robert W.Fox 사이텍미디어
기계유체역학 김영기 구민사

키워드

유체역학,   깃,   제트반동 실험