유체역학 (37) – 차원해석과 상사법칙

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유체역학

1. 차원 해석과 상사법칙: 정의

1.1) 차원 해석의 정의

차원 해석은 물리적 현상을 이해하고 설명하기 위해 사용되는 수학적 방법입니다. 이는 물리적 현상에서 관련 있는 차원들을 식별하고, 이들 사이의 관계를 찾아내는 데 중점을 둡니다.

1.1.1) 차원 해석의 중요성

  • 복잡한 물리적 문제를 단순화하여 이해할 수 있게 합니다.
  • 다양한 물리적 상황에서 일반적인 원칙을 도출하는 데 도움을 줍니다.

1.2) 파이 정리 (Pi Theorem)

파이 정리는 차원 해석에서 사용되며, 물리적 변수들 간의 관계를 무차원 수로 나타냅니다.

1.2.1) M, L, T의 의미

  • M (Mass): 질량
  • L (Length): 길이
  • T (Time): 시간
  • 이들은 물리적 현상을 분석하는 데 필요한 기본 차원들입니다.

예제 문제 및 풀이

예제 1

문제: 유체역학에서 힘을 질량, 길이, 시간의 차원으로 표현하시오.

풀이: 힘의 차원은 뉴턴의 두 번째 법칙, F=ma에서 도출할 수 있습니다.

\( F = M \times \frac{L}{T^2} \)

힘의 차원은 질량(M)에 길이(L)를 시간(T) 제곱으로 나눈 것입니다.

예제 2

문제: 속도의 차원을 M, L, T로 표현하시오.

풀이: 속도는 거리를 시간으로 나눈 것입니다.

\( v = \frac{L}{T} \)

따라서 속도의 차원은 길이(L)를 시간(T)으로 나눈 것입니다.


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