[소방유체역학] 정수역학-03.유체의 전압력과 부력

 

 

유체의 전압력(total pressure)

-전압력이란? : 면 전체에 작용하는 힘.

전압력은 압력과 전체 면적의 곱입니다.

여기서 압력은 면의 도심에 작용하는 압력을 뜻합니다.

 

해당 예시의 경우 사각형이기 때문에,

가로, 세로 길이의 절반에 해당하는 파란점이 도심이 됩니다.

도심에 작용한는 압력은 임의로  Pc라고 표기했습니다.

식을 정리하면 아래와 같습니다.

 

 

 

부력의 정의

-물과 같은 유체에 잠겨있는 물체가 중력에 반하여 밀어 올려지는 힘. 그 크기는 물체가 밀어낸 부피 만큼의 유체 무게와 같다.

 

부력에서의 힘. 위 방향으로의 부력의 크기가 아래 방항으로의 중력의 크기와 같다.

 

부력(浮力; 뜨는 힘)이란 유체에 잠긴 특정 대상(고체, 액체, 기체 덩어리)의 상하면에 작용하는 중력방향 압력차만큼 대상을 상향으로 밀어올리려는 힘이다. 간단한 예로 수영장 물에 몸을 담갔을 때 몸을 뜨게 하는 힘이 있다. 이 압력차로 인해 상향으로 밀어올리려는 힘과 물체의 무게가 같아지는 높이에서 물체는 정지한다. 물기둥에서, 깊이가 깊을수록 얹혀진 물의 양이 많아 무거워지므로 압력이 증가한다. 따라서 물기둥에서 아래의 부분은 윗 부분보다 압력이 높다. 마찬가지로 물에 잠긴 물체에 가해지는 압력은 윗 부분보다 밑부분이 더 크다. 압력의 차이는 물체에 윗방향의 알짜힘을 만들어낸다. 힘의 크기는 압력의 차이에 비례하고, (아르키메데스의 원리에 따르면)물에 물체가 잠긴 부피만큼의 물의 무게는 물체에 작용하는 부력의 크기와 같다.

 

쉽게 말하자면, 물이 미는 힘보다 물체가 무거우면 가라앉고, 작으면 뜬다는 것이다. 또한 물의 미는 힘은 수심이 깊어질 수록 높아지는데, 물체가 아래로 가고자 하는 힘과 물이 밀고자 하는 힘이 똑같아지면 뜬다는 것이다.

이러한 이유로, 잠겨있는 물체가 액체보다 밀도가 높을 경우 가라앉는다. 반대로 물체가 액체보다 밀도가 낮거나 보트같이 특정한 모양으로 생겼을 경우 힘에 의해 물체는 뜨게된다. 부력은 특정한 조건에서만 일어나는데, 조건이란 중력장이 존재하거나 힘에 의해 가속돼서 아래방향으로 중력의 영향을 나타내는 비 관성계를 뜻한다. 유체정역학에 따르면 부력의 크기는 잠긴 물체에 의해 대체된 부피만큼의 액체의 무게에 해당된다.

부력의 중심은 대체된 부피의 액체의 질량 중심에 해당된다.

 

 

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참고자료

https://youtu.be/KiGgzZkV0As