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▶ 유체역학을 다루는 포스팅
1. 항력과 양력: 정의
1.1) 항력 (Drag)의 정의
항력은 유체가 물체에 작용하여 그 운동을 방해하는 힘을 말합니다. 이 힘은 유체의 속도와 물체의 특성에 따라 달라집니다.
1.1.1) 항력의 구성 요소
- 정면 항력 (Form Drag): 물체의 형태에 의한 저항.
- 표면 항력 (Skin Friction Drag): 물체 표면과 유체의 마찰에 의한 저항.
1.1.2) 항력 계수 (Drag Coefficient)
항력 계수는 물체의 형태와 표면 상태에 따른 항력의 크기를 나타냅니다.
\( C_d = \frac{2D}{\rho v^2 A} \)
- \( C_d \): 항력 계수
- D: 항력
- ρ: 유체 밀도
- v: 유체 속도
- A: 물체의 단면적
1.2) 양력 (Lift)의 정의
양력은 유체가 물체에 작용하여 그것을 수직 방향으로 들어올리는 힘을 말합니다.
1.2.1) 양력의 생성 원리
- 양력은 주로 유체의 속도와 물체 표면 사이의 압력 차이에 의해 생성됩니다.
1.2.2) 양력 계수 (Lift Coefficient)
양력 계수는 물체의 형태와 각도에 따른 양력의 크기를 나타냅니다.
\( C_l = \frac{2L}{\rho v^2 A} \)
- \( C_l \): 양력 계수
- L: 양력
- ρ: 유체 밀도
- v: 유체 속도
- A: 물체의 단면적
예제 문제 및 풀이
예제 1 (항력 계산)
문제: 공기 중에서 속도가 10m/s인 자동차에 작용하는 항력을 계산하시오. 자동차의 항력 계수는 0.3이고, 단면적은 2.5m²입니다. 공기 밀도는 1.2kg/m³입니다.
풀이:
\( D = \frac{C_d \rho v^2 A}{2} \)
\( D = \frac{0.3 \times 1.2 \times 10^2 \times 2.5}{2} \)
\( D = 45 \, \text{N} \)
따라서 자동차에 작용하는 항력은 45N입니다.
예제 2 (양력 계산)
문제: 비행기의 날개가 공기 중에서 50m/s의 속도로 움직일 때 양력을 계산하시오. 날개의 양력 계수는 0.5이고, 단면적은 30m²입니다. 공기 밀도는 1.2kg/m³입니다.
풀이:
\( L = \frac{C_l \rho v^2 A}{2} \)
\( L = \frac{0.5 \times 1.2 \times 50^2 \times 30}{2} \)
\( L = 9000 \, \text{N} \)
따라서 비행기 날개에 작용하는 양력은 9000N입니다.
다른 기계 가공법 링크
유체역학 (33) – Darcy Equation(달시 방정식)
유체역학 (32) – 비 원형 관로 (Non-Circular Ducts)