기초 물리학 강좌

푸아죄유 방정식에 관한 기사

푸아죄유 방정식은 장 루이 마리 푸아죄유(1799-1869)에 의해 발견되었습니다. 앞서 설명했듯이, 모든 유체는 이상 유체로 간주할 수 있습니다. 이상 유체는 점성이 없습니다. 이상 유체가 파이프를 흐른다고 가정하면, 유체의 각 부분은 동일한 속도(v)로 움직입니다. 그러나 이상 유체와 달리 우리가 일상생활에서 접하는 실제 유체는 점성을 가지고 있습니다. 점성 때문에 파이프를 흐를 때 유체의 각 부분의 속도는 서로 다릅니다. 파이프 중앙에 있는 유체층은 더 빠르게 움직이고(v = 0), 파이프 가장자리에 붙어 있는 유체층은 움직이지 않습니다(v = 0). 따라서 파이프 중앙에서 가장자리까지 유체의 각 부분은 서로 다른 속도로 움직입니다. 이해를 돕기 위해 아래 그림을 참조하십시오.

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액체와 기체를 포함한 다양한 유체는 각각 다른 점성을 가지고 있습니다. 점성은 유체를 구성하는 분자들 사이의 마찰력을 나타냅니다. 즉, 유체가 흐를 때 분자들 간의 마찰력이 점성을 발생시킵니다. 액체의 경우, 점성은 분자 간 응집력(비슷한 분자들 사이의 끌어당기는 힘)에 의해 발생합니다. 반면 기체의 경우, 점성은 분자들 간의 충돌에 의해 발생합니다.

액체는 물이 그렇듯 점도가 낮아 흐르기 쉽습니다. 반대로 점도가 높은 유체는 윤활유가 그렇듯 흐르기 어렵습니다. 경사진 표면에 물과 윤활유를 부어보면 이를 확인할 수 있습니다. 물이 기름보다 더 빨리 흐릅니다. 유체의 점도는 온도에도 영향을 받습니다. 액체의 온도가 높을수록 점도는 낮아집니다. 예를 들어, 부엌에서 생선을 튀길 때 처음에는 점도가 높았던 식용유가 가열되면 다시 액체처럼 변하는 것을 볼 수 있습니다. 반대로 기체의 경우 온도가 높을수록 점도가 높아집니다.

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응집력과 접착력

응집력은 같은 물질 내의 분자들 사이에 작용하는 인력이며, 다른 물질 내의 분자들 사이에 작용하는 인력은 접착력이라고 합니다. 예를 들어, 물을 컵에 붓는다고 생각해 보세요. 물 분자들이 서로 끌어당기는 힘이 응집력이고, 물 분자와 유리 분자들이 서로 끌어당기는 힘이 접착력입니다.

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비눗방울 놀이 해본 적 있어요? 동그랗게 부풀어 오르는 비눗방울 놀이 말이에요. 재밌죠? 불면 날아가고, 터지면 펑 하고 터지잖아요. 와, 정말 재밌죠? 어릴 적 추억이 담긴 놀이예요. 비눗방울은 왜 동그랗게 생겼을까요?

아침에 일어나서 집 주변의 나뭇잎들을 살펴보세요. 나뭇잎에 맺힌 이슬방울들을 자세히 보세요. 신기하죠? 이슬방울은 둥글어요. 어떻게 그럴 수 있을까요?

표면 장력은 액체 표면이 얇은 막처럼 보이도록 조여지려는 경향 때문에 발생합니다. 이는 물 분자 사이의 응집력에 의해 영향을 받습니다. 이 설명을 더 잘 이해하기 위해 다음 그림을 살펴보겠습니다. 용기 안에 담긴 액체를 다시 살펴보겠습니다.

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아르키메데스 원리에 관한 기사

질량이 매우 큰 배는 가라앉지 않지만, 크기가 작은 돌멩이는 가라앉을 수 있습니다. 왜 그럴까요? 부력의 개념과 아르키메데스 원리를 이해하면 답은 간단합니다.

일상생활에서 우리는 돌멩이처럼 액체 속에 있는 물체가 액체 밖에 있을 때보다 무게가 덜 나가는 것을 알 수 있습니다. 땅에서 돌을 들어 올리는 것은 어렵지만, 같은 돌이라도 바닷속에서는 쉽게 들어 올릴 수 있습니다. 이는 부력 때문입니다. 부력은 깊이에 따라 유체의 압력이 달라지기 때문에 발생합니다. 유체의 압력은 깊이가 깊어질수록 증가하며, 유체가 점성이 높을수록 압력도 커집니다. 물체를 액체 속에 넣으면 물체 위쪽과 아래쪽의 유체 압력 차이가 발생합니다. 물체 아래쪽의 유체 압력이 위쪽보다 높기 때문입니다.

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파스칼의 원리에 관한 기사

유압 리프트는 어떻게 자동차를 들어 올리는 데 사용될까요? 유압 브레이크는 자동차의 속도를 줄이기 위해 사용될 때 어떤 원리로 작동할까요? 이를 이해하기 위해 파스칼의 원리를 배우세요.

모든 유체는 접촉하는 모든 물체에 항상 압력을 가합니다. 컵에 담은 물은 유리벽에 압력을 가하고, 마찬가지로 수영장이나 바닷물에 몸을 담그면 수영장 물이나 바닷물 또한 우리 몸 전체에 압력을 가합니다.

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유체 내 압력에 관한 기사

물리학 에서 압력은 단위 면적당 작용하는 힘으로 정의되며, 힘의 방향은 표면적에 수직입니다. 수학적으로 압력은 P = F / A라는 식으로 표현됩니다. 여기서 P는 압력, F는 힘, A는 표면적입니다. 힘의 단위(F)는 뉴턴(N)이고, 면적의 단위는 제곱미터(m²)입니다 ^. 압력은 단위 면적당 작용하는 힘이므로 압력의 단위는 N/m²입니다 ^. N/m²를 파스칼(Pa)이라고도 합니다 ^. 파스칼은 블레즈 파스칼을 기리기 위해 압력 단위로 사용되었습니다.

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밀도와 비중에 관한 기사

밀도

물질의 중요한 특성 중 하나는 밀도입니다. 밀도는 질량과 부피의 비율입니다. 수학적으로 표현하면 다음과 같습니다.

ρ = m / V

ρ(로)는 밀도를 나타내는 데 흔히 사용되는 그리스 문자이며, m은 질량, V는 부피입니다. 균질한 유체의 밀도는 균질한 고체의 밀도와 다릅니다. 예를 들어 철은 부분마다 밀도가 같습니다. 지구 대기에서는 지표면에서 높을수록 밀도가 낮아지고, 해수의 경우 수심이 깊을수록 밀도가 높아집니다. 균질한 유체의 밀도는 온도와 압력과 같은 환경 요인에 따라 달라질 수 있습니다.

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베르누이 원리와 베르누이 방정식의 응용에 관한 기사

토리첼리의 정리

베르누이 방정식의 용도 중 하나는 용기 바닥에서 액체가 빠져나가는 속도를 계산하는 것입니다(그림 참조).

우리는 점 1(용기 표면)과 점 2(구멍 표면)에 베르누이 방정식을 적용합니다. 용기 바닥의 구멍 지름이 용기 지름보다 훨씬 작기 때문에 용기 표면에서의 액체 속도는 0으로 간주합니다(v₁ ₌ 0). 용기 표면과 구멍 표면은 열려 있으므로 압력은 대기압과 같습니다(P₁ ₌ P₂ ₎ . 따라서 이 경우의 베르누이 방정식은 다음과 같습니다.

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베르누이 원리와 베르누이 방정식에 관한 글

오토바이를 탈 때 입는 옷이 뒤로 부풀어 오릅니다. 때로는 바람이 세게 불면 문이 저절로 닫히기도 합니다. 바람은 집 밖으로 불지만 문은 집 안에 있는데 말이죠.

이는 베르누이 원리를 이용하여 설명할 수 있습니다. 다니엘 베르누이(1700-1782)는 위의 현상을 설명하는 데 사용할 수 있는 원리를 발견했습니다.

베르누이의 원리

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