2023 아주댿� 건설시스템공학과 유체역학실험 부체의 안정 결과보고서(과탑 만점 자료)

1. 실험 목적

◈모형배의 중심을 변경시키며 부체의 상태가 ‘안정’, ‘중립’, ‘불안정’한지 알아보고, 부체의 중심이 어느 높이에 있는지 알아보며 부체의 안정상태에 대해 이해한다.
◈부체의 무게중심과 경심의 위치를 변경시켜가며 배의 안정성을 판단하고, 무게중심, 경심, 부심 등 부체의 중심에 대해 이해한다.
◈모형배(부체)의 흘수를 측정하고, 아르키메데스의 원리(Archimedes' Principle)의 원리왿� 부력 사이의 관계를 이해한다.

2. 관련 이론

＊무게중심(center of gravity)

물체의 각 부분에 작용하는 중력의 합력의 작용점을 말한다. 무게중심은 물체의 위치가 어떠한가왿� 관련이 있는데 , 물체의 윗부분에 무게중심이 있을 경우 물체는 매우 불안정한 상태가 되어 쓰러지기 쉽다. 하지만 무게중심이 물체의 아래부분에 있을 경우 안정한 상태가 되어 잘 쓰러지지 않는다.

＊부력(Buoyancy)

물체가 유체 속에 완전히 잠겨 있거나 또는 일부만 잠긴 채 떠 있을 때 물체에 가해지는 유체의 힘(유체에 잠겨있는 특정물체<액체, 고체, 기체 덩어리~>의 상하면에 작용하는 중력방향의 압력차만큼 대상을 상향 방향으로 밀어 올리려는 힘)을 ‘부력’이라고 한다. 부력은 이고, 은 유체의 비중량, 는 물체의 체적이다. 압력으로 발생하는 ‘상향으로 밀어 올리려는 힘’과 물체의 무게가 같아지는 높이에서 물체는 정지한다. ‘물기둥’에서 깊이가 깊어질수록, 얹힌 물의 양이 많아지며 무거워지고, 이로 인해 압력(P)이 ‘증가’하게 된다. 결과적으로 ‘물기둥’에서 아랫부분이 윗부분보다 압력이 크다.

＊아르키메데스의 원리(Archimedes' Principle)

어떤 물체든, 물체가 완전히 가라앉았거나, 가라앉지 않았거나, 물체는 자신이 대체한 유체의 부피만큼의 무게에 해당하는 ‘부력’을 윗 방향으로 받는다. (물체에 작용하는 부력의 크기는 물체에 의해 배제된 유체의 체적과 같고, 수직으로 위를 향한다) 아르키메데스 원리에서는 물체에 작용하는 표면장력(Surface Tension)을 고려하지 않는다. 하지만 이 추가적인 힘은 대체되는 액체의 양을 변화시키므로 [부력= 대체된 액체의 무게]가 된다. ≫여기서 ‘대체된 액체의 무게’는 대체된 액체의 부피왿� 비례. <밀도가 균일하다는 전제하에> 결론적으로, 만약 같은 질량의 물체가 물에 잠겼을 때, 물체의 부피가 클수록 부력이 크다.