부체의안정성

본문내용

에 대한 각도 값
무게의 위치에 따른 각도 변동
표 12-2 실험 결과로 부터의 중심 높이 유도
추높이
(mm)
Height of G above water surface CG (mm)
(mm/°)
(mm/rad)
Metacentric height GM
(mm)
Height of M above water surface CM (mm)
320
45.3
3
171.9
21.8
67.1
265
38.3
4
229.4
29
67.3
210
31.3
5
286.5
36.3
67.6
155
24.3
5.6
320.9
40.6
64.9
100
17.3
6.6
383.9
48.6
65.9
이론값 -CM의 길이 = BM- CB = BM - h/2 = 83.77 - 41.73/2= 62.90mm
실험 고찰
유체역학에서 배웠던 기본적인 부력의 개념을 실제 실험을 통하여 측정된 값으로 안정성을 비교해보는 실험이었다. 부력이란 유체 속에 물체가 담겨있을 때 물체를 들어 올리는 힘으로 아르키메데스의 일화에서 소개된 것처럼 부력은 물체에 의해 배제된 유체의 무게와 동일하고, 배제된 체적의 도심을 지나 상향으로 작용한다는 것을 알고 있다. 이러한 부력은 일상생활에서 쉽게 관찰할 수 있다. 헬륨가스를 넣은 풍선이 공기 중에 떠오르는 것도 부력의 영향이며 배나 튜브가 물에 뜨는 것도 부력 때문이다. 이와 같은 부력에 있어 안정성은 매우 중요한 포인트이다. 물에서 튜브 속에 몸을 끼워 물에 떠 있을 때는 파도나 어떤 움직임에도 안정성을 유지할 수 있으나 튜브를 밝고 일어 선 경우에는 작은 미동에도 균형을 잃고 뒤집히게 되어있다. 배와 잠수함의 설계에 있어 안정성의 중요성은 더욱 부각 되어야한다.
떠 있는 물체에 대한 안정성의 척도는 부력경심 높이 GM으로 나타난다. 이론에서 알 수 있듯이 G는 무게중심이며, M은 부력경심이다. 만약 떠 있는 물체는 점 M이 점G 위에 있다면 안정하고, 이 길이가 길면 길수록 보다 더 높은 안정성을 가진다고 할 수 있다. 반면 점 M이 점 G아래에 있다면 배는 불안정하여 뒤집히게 될 것이다. 추가적으로 이번 실험에서는 표면중심 C의 개념을 추가하여 M이 G, C위에 존재 할 때 안정하며 ,M이 G와 C 사이에 존재하게 되면 불안정해짐을 알게 되었다.
이번 실험에서는 GM의 값이 양이 나왔을 경우에 GM의 길이를 변화시키면서 배의 안정성을 알아보는 것이었다. GM의 길이를 변화시키는 방법으로는 무게추의 높이와 중심선에서의 각도를 이용하였으며 무게추의 높이가 낮을수록, 중심선에서의 각도가 작을수록 GM의 길이는 커졌으며 물체가 더욱 더 큰 안정성을 가짐을 확인 할 수 있었다. 배가 불안정한 경우 즉 GM 값이 음이 나오는 경우는 실험하지 못하였지만 이론으로써 충분히 그 결과를 예상해 볼 수 있을 것이다.
유체실험은 실험하기가 매우 까다롭고 오차가 많이 발생하는 실험이기 때문에 이번 실험이 매우 간단하였지만 주의해야할 요인들이 있어 이를 정리해 보았다.
- 측정의 오차.
물체의 무게중심이나 길이, 각도의 측정에 있어서 자와 눈을 사용하여 측정하였기 때문에 정확한 값을 측정하기가 어려웠다. 각도변화가 너무 미세하였고 물체의 흔들림이 존재 하였다.
- 실험장치의 오차
유체의 작은 흐름이 존재하였고, 공간이 너무 협소하여 물체가 조금만 움직여도 쉽게 수조 벽에 닿아 결과 값에 오차를 발생 시켰을 것이다.
평소에 유체역학에 관심이 많았지만 이론서로써 공부 할 수밖에 없어 항상 아쉬움이 있었다. 하지만 이번 실험을 통하여 부력에 대해서 좀 더 알게 되고, 부력에 안정성을 여러 가지 수치들을 직접 사용하여 나타내봄으로써 사실적으로 공부 할 수 있었던 계기가 된 것 같다.

키워드

부력,   부체,   실험결과,   부체실험