오��피스실험

■ 실험목적
오��피스는 유량 측정을 위하여 물탱크 또는 저수지 등의 측면 또는 바닥 등에 설치된 기하학적 구조를 갖춘 유출구이다. 이번 실험에서는 오��피스 구조를 이해하며, 오��피스를 통해 흐르는 흐름의 단면수축과 에너지 손실을 관찰하여 유량측정에 대한 정의를 한다. 또, 유량계수 및 유소계수, 수축계수를 측정하여 베르누이, 토리체의 정리를 이용하여 계산을 한뒤 이론 값과 비교를 통해 이번 실험에 대하여 이해를 한다.
■ 이론배경
수면으로부터 깊이가 h인 벽면에 미소의 구멍이 뚫려서 물이 분출되고 있다. 이왿� 같이 대기 중에 분출되는 분류를 자유분사라고 한다.
오��피스는 유체왿� 접촉면적을 최소화하여 마찰손실을 줄이기 위하여 입구 또는 출구부분을 날카롭게 가공하여 사용하고 있다. 이왿� 같은 오��피스를 칼날 오��피스(sharp-edged orifice)라고 한다.
물이 오��피스를 통해 분출될 때 분류의 단면은 오��피스의 단면 에서 최소가 되어 그 크기가 A0왿� 같아야 되나, 실제로 분류의 최소단면은 오��피스 단면 A0를 지난 C-C 단면에서의 단면적 과 같은 수축된 분류의 최소단면이 생긴다. 이왿� 같은 현상을 수축현상이라고 한다. 분류의 속도를 구하기 위하여 점에서 속도왿� 압력을 각각 v1,v2,p1,p2라 하면 Bernoulli 방정식은
그런데 p2=patm=0 이고 v1은 수조 내에서 유체가 하강하는 속도이므로 v2에 비하여 무한히 작은 값이다.
또, 에서 이므로 위식에 대입하여 풀면
즉
여기서 v2는 오��피스에서 분출되는 유체의 속도이다. 이 식은 이탈리아의 물리학자 Torricelli가 청음으로 유도한 식으로서 Torricellitlr이라고 한다.
위식은 여러 가지 손실을 고려하지 않은 채 Bernoulli 방정식으로부터 유도해 낸 순수한 이론식이므로, 실제 유속은 이 값보다 작은 값을 나타낸다.