[이동移動현상실험]종말속도 실험

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[이동移動현상실험]종말속도 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적
2. 이론
3. 실험 장치
4. 실험 준비물
5. 실험 방법
6. 결과 값
7. 결과 값의 고찰

본문내용

. 골프공의 옴폭 들어간 곳들은 더 낮은 Reynolds 수에서 이러한 형태의 천이를 촉진시킨다.
※실험치와 문헌적 항력계수의 차이
물의 경우
물
직경(m)
레이놀드 수
항력계수
문헌적 항력계수
실험1
0.002
68852.45902
0.538553
0.44
실험2
0.007
38571.42857
0.561866
0.44
실험3
0.017
11170.21277
0.876108
0.44
실험4
0.028
2290.076336
2.454466
0.44
글리세린
직경(m)
레이놀드 수
항력계수
문헌적 항력계수
실험1
0.002
0.082674015
1189.152
290.2968
실험2
0.007
1.061643836
60.75666
0.173654
실험3
0.017
8.332503733
7.450254
0.05044
실험4
0.028
20.10810811
3.887042
0.0297337
글리세린의 경우
그림3. 물의 항력계수와 레이놀드수의 관계 그림4. 글리세린의 항력계수와 레이놀드수의 관계
⑵ 위 그래프에서 Stokes\' law가 적용되는 범위를 정하고, 이론과 비교하여라.
-Stokes\' law가 적용되는지의 여부를 확인하기 위해서는 결과값 들의 Reynolds Number가 1보다 작은 경우의 결과가 나와서 그래프 형태를 확인하여야하는데 물의 경우는 실험값 전부가 층류영역으로 측정되었고 글리세린의 경우는 0.002m인 구를 제외하고는 전이영역에 해당하는 값들이 측정되었다. 따라서 Stokes\' law는 Reynolds Number가 1아래인 층류영역에서 비교적 잘 일치하는데 우리의 실험 값들을 가지고서 Stokes\' law가 잘 적용되었는지의 여부는 확인을 할 수 없었다.
⑶ Stokes\' law를 적용하여 액체의 점도를 측정하고 문헌과 비교하여 보라.
1) Reynolds Number가 낮을 때 항력계수는 Stokes\' Law에 비교적 잘 일치한다. ( )
2) Reynolds Number가 1000이상일 때, 실험적으로 다음과 같은 값을 갖는다.
위 식으로부터 액체의 유속과 점도의 이론적인 값을 구하여 보면
물
직경(m)
문헌적 유속값(m/s)
실험적 유속값(m/s)
실험1
0.002
0.8635
1.145038
실험2
0.007
0.71896
1.595745
실험3
0.017
0.77317
2.142857
실험4
0.028
0.86864
2.459016
※물의 경우
※글리세린의 경우
글리세린
직경(m)
문헌적 유속값(m/s)
실험적 유속값(m/s)
실험1
0.002
0.1912
0.046671
실험2
0.007
0.171233
실험3
0.017
0.522648
실험4
0.028
0.810811
표의 경우 레이놀드 수가 1이하이기 때문에 아래의 식으로부터 점도를 구하면
글리세린
직경(m)
무게(kg)
레이놀드 수
실험1
0.002
0.00052
0.082674015
(kg/ms)
-글리세린의 점도를 계산하여 봤는데 문헌치보다 크게 나온 결과를 얻었다.
이러한 오차의 원인으로는 유속을 측정하는데 사람이 직접 눈으로 확인하고 측정을 하게 되다보니 측정의 오차가 발생하여서 문헌치보다 커지는 오차가 발생하게 되었다고 생각한다.
문헌적인 유속보다 실험적인 유속이 보다 작게 측정되어서 유체의 영향을 받아서 유속이 줄어든 것으로 생각되고 점도 또한 문헌적인 값보다 크게 측정되는 오차가 발생한 것으로 생각된다.
⑷ 위의 실험방법에서 유속을 측정하는 방법 외에 다른 방법이 있을지를
생각하여 보라.
다른 방법이라기 보다는 위의 식들 말고 종말속도를 측정하고자 할 때 적용하기 위한 식으로
종말속도를 찾아야 할 경우 유용한 식이라고 유체역학 책에서 식을 확인을 하였다.
고 찰
이번실험은 중력하에서 구체가 유체 중에서 침강할 때에 일어나는 현상을 이해하고 실험을 통해 얻은 결과 값으로 항력계수(Drag Coefficient)와 Reynolds Number 와의 관계를 알아보는 실험이었다.
실험의 방법은 물과 글리세린이 담긴 통 안에서 구를 일정거리를 낙하하는 실험으로 시간을 측정하여 실험을 진행하는 간단한 실험이었다.
이론값과 실험값을 측정하기 위해서 통의 길이와 구가 낙하한 시간을 측정하여서 유속을 측정하여 레이놀드수와 그에 해당하는 항력 계수를 측정하였는데, 종말속도를 이용한 항력계수의 값과 문헌적인 값을 이용하여 구해진 항력계수의 값에는 차이가 있음을 확인하였다.
글리세린의 경우에는 레이놀드수가 난류에 해당하는 경우이어서 문헌적인 항력계수의 값이 0.44로 측정이 되었는데 글리세린의 경우 직경이 0.002m인 경우의 구에는 레이놀드수가 1보다 작아서 층류영역이었는데 계산하여 구한 항력계수와 문헌적으로 구하여진 항력계수의 차이가 큼을 확인하였다.
유속을 측정하면서는 실험의 영역이 대부분이 난류와 전이영역으로 판별되어서 층류의 경우와 난류일 경우의 유속을 측정하였으며 전이영역에서의 유속은 계산하지 못하고 공백으로 남겨두었다. 그리고 유속을 측정하는 식에서 점도도 같이 측정하였는데 실험적인 유속이 문헌적인 값들 보다 작게나오면서 문헌적으로 측정된 점도와의 차이가 생기게 됨을 확인 하였고 구가 유체에서의 마찰등 영향을 받으면서 유속이 느려져서 이러한 오차가 발생하게 되었으리라 생각한다.
기타 오차의 발생원인 들로는 구의 크기가 작아질수록 공이 휘어서 떨어지는 현상을 확인하였는데 이는 구가 유체 중에서 침강할 때 유체를 지나면서 유체의 영향을 받아서 직선으로 내려오는 것이 아니라 휘어서 떨어지는 현상이 관찰되었다고 생각한다. 이러한 현상이 실험값과 결과값의 차이를 가져오게 되었다고 생각하며 글리세린에서 실험할 때 글리세린 안에서 구가 낙하할 때 지나간 길이 남는 것을 보았다. 그 다음 실험에는 똑같은 지점에서 구를 떨어뜨려서 실험을 했기 때문에 앞서 실험했던 구가 만들었던 길을 비슷하게 따라 내려갔다. 이 길 또한 구가 낙하하는데 영향을 미치지 않았을까 생각했다.
그리고 낙하속도를 측정하는 과정에서 측정의 오차를 최소로 줄이기 위해서 측정자를 한사람으로 지정하여 시간을 측정하였는데 그래도 사람이 눈으로 측정한 실험이기 때문에 측정값에는 어느 정도의 오차가 발생했다고 본다.

키워드

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