유체역학 개념 정리(5) - 비압축성/압축성 유체의 압력 계산 1. 정압변화에서 작용하는 힘에 대한 고려 바로 전 포스팅에서 소개했듯이 유체정역학을 계산할 때 유체의 압력은 작용면에 대해 수직으로 작용한다라고 가정했는데요. 이를 가볍게 증명하고 넘어가려 합니다. 유체 안에 어떤 구조물이 압력을 받는 상황을 가정하면 아래 그림과 같은 모습을 하고 있다고 생각할 수 있어요. 각 축에 대한 변위를 계산하기 위해 위 그림과 같이 물체에 작용하는 힘을 표현한 자유물체도를 그릴 수 있습니다. x축과 y축 방향의 평형을 고려할 때에는 압력에 의한 힘만 고려하면 되지만, z방향의 경우 자중에 의한 힘이 추가적으로 발생하는 만큼 이를 고려해주어야 해요. 또한 힘을 구할 때 압력의 정의에 따라서 P = F/A에서 F = ..

유체역학 개념 정리(4) - 절대압력과 게이지압력, 파스칼의 법칙 1. 절대압력과 게이지 압력, 대기압의 개념 유체역학에서 다루는 주요 개념 중 하나는 바로 압력입니다. 공학적으로 압력의 정의를 살펴보면 "일정 면적에 수직으로 가해지는 힘을 그 면적으로 나눈 것"으로 정의됩니다. 물리적인 관점에서 보면 압력을 외부에서 힘이 가해짐에 따라 진동하는 유체 내부 분자들이 서로 충돌하고 부딪치며 가해진 충격의 결과라 말하기도 하죠. 그리고 압력의 정의가 힘과 수평면의 관계로 정의된 만큼 힘의 단위(N)과 넓이(㎡)를 연관지어 N/㎡ 혹은 이와 동일한 개념을 가진 Pa(파스칼)이라는 단위를 활용해 표현합니다. 압력의 개념에서 가장 기본이 되는 개념은 바로 그 기준이 되는 절대 영압력입니다. 절대 영압력이란 유체를..

유체역학 개념 정리(3) - 유체의 표면장력과 모세관현상 1. 표면장력이란? 표면장력을 설명하기 위해 유체의 응집력(Cohension)에 대한 개념을 다져야 합니다. 앞에서 다뤘듯이 액체는 내부 분자 간 인력으로 인해 그 형태를 유지하고 있는데요. 유체 내부의 상황을 바라볼 때 유체의 표면에서 상대적으로 먼 분자는 주위 모든 방향에서 동일하게 힘이 작용하기 때문에 힘의 평형을 이루는 것을 볼 수 있습니다. 반면, 유체 표면에 위치한 분자는 유체의 내부 방향으로만 힘이 작용하기 때문에 유체의 중심, 즉 아랫방향으로의 힘으로만 작용해 수축을 발생시킵니다. 이를 유체의 응집력이라 합니다. 모든 유체는 응집력을 최대화하려는 형태로 동작합니다. 이런 이유로 수도꼭지에서 떨어지는 물방울은 응집력을 최대화 할 수 있..

유체역학 개념 정리(2) - 뉴턴유체의 정의와 점성계수 공식 1. 뉴턴 유체의 정의 일단 시작하기 앞서 저는 이번 주에 직무 관련 면접을 보고 왔고, 관련 내용은 나오지 않았습니다. 하지만 그럼에도 불구하고 전공에 대해 remind 하는 것 자체가 저한테 굉장히 큰 의미로 다가온 만큼 합격/불합격과 관계없이 한동안은 포스팅을 지속해 쓸 것 같아요. 그러면 이제 다시 본론으로 돌아가 뉴턴 유체의 정의에 대해 알아보겠습니다. 저번 포스팅에서는 유체의 물성치와 뉴턴의 점성법칙과 이에 따른 점성계수의 기초 공식에 대해 알아보았는데요. 금일 포스팅에서는 이에 이은 뉴턴 유체의 정의에 대해 다뤄보겠습니다. 뉴턴 유체란 "뉴턴의 점성법칙"을 따르는 유체를 뜻합니다. 뉴턴 유체의 가장 큰 특징은 유체에서 발생하는 전단..

유체역학 개념 정리(1) - 유체의 물성치와 점성계수 1. 유체의 물성치 유체역학을 잘 이해하기 위해 공식 유도에 필요하는 물리적 성질에 대해 알아두는 것이 좋습니다. 왜냐하면 해당 성질을 활용해 유체의 물리적 특성을 파악하는 것은 물론, 해당 값을 손쉽게 하나의 단위로 표현함으로써 그 과정을 간편하게 할 수 있기 때문이에요. 가장 먼저 다룰 성질은 바로 밀도(Density)에요. 밀도는 ρ 라는 라틴어로 표기되며 단위는 kg/㎥ 으로 표현됩니다. 단위계의 표현에서 알 수 있듯이 밀도는 단위물질의 부피 당 질량을 의미합니다. 주요 단위계로 사용하는 것은 바로 물의 표준밀도입니다. 물의 표준 밀도는 1,000 kg/㎥ 으로 정의됩니다. 실제 과정에서는 4℃의 물의 밀도가 1,000 kg/㎥이고 100℃에서..

0. 들어가며 유체역학이라는 단어를 처음 접했을 때의 이질감과 두려움이 아직도 생생합니다. 아무래도 사전에 접했던 유체역학이라는 단어의 공포감 때문인지도 모르겠습니다. 정역학, 고체역학, 동역학, 열역학과 같은 다른 과목을 접했음에도 불구하고 인터넷을 통해 어렴풋이 들려오던 유체역학의 압박감은 공부를 시작하기도 전 저를 압도할것만 같은 느낌을 주었던 기억이 납니다. 유체역학이라는 과목을 공부했던 순간을 돌이켜보면 쉬운 길은 아니었습니다. 아무래도 고정적인 물체를 푸는 데 조금이라도 더 나은 소질이 있었던 저에게 흐르고 움직이는 물체를 가정하는 것이 어려웠던 기억이 납니다. 그리고 나비에-스토크 방정식이나 레이놀즈수와 같은 개념에 부딪치며 때때로 늦은 밤까지 문제에 머리를 곯았던 기억도 떠오릅니다. 시간이..