물질의 분류와 차원 및 단위

1. 물질의 분류

가. 물질의 구분

  ▣ 원래 물질은 고체, 액체, 기체로 구분하나 유체 역학에서는 고체와 유체로 나눈다.

       액체와 기체를 합해서 유체로 다룬다.

물질의 형태	전단력을 가할 때	전단력을 제거할 때
유체	변형	변형
고체	변형	정지(평형)

가. 고체

  ▣ 전단력을 가하면 전력력에 의하여 변형을 이루다가 제거하면 곧바로 평형을 이루는 상태로 정지하는 물질을 말한다.

  ※ 전단력 : 자르는 힘 : 자르는 힘을 가하면 변형을 이루다가 제거하면 평형을 이룬다.

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나. 유체

  ▣ 전단력을 가하면 전단력에 의하여 변형을 이루다가 제거해도 곧바로 평형을 이루지 않고 일정 시간 동안 변형을

       지속하는 물질을 말한다.

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다. 전단력과 수직력

 ① 전단력

   ▣ 면(面)을 따라 평행하게 작용하는 힘으로 일종의 마찰력을 말한다.

 

   ※ 전단력과 마찰력은 상호 관련이 깊다.

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라. 유체의 마찰손실

  ▣ 유체의 점성에 의해 운동을 방해하는 힘

  ▣ 유체의 점성에 의해 발생하는 전단력

     ※ 그러므로 점성이 없다면 마찰손실이 발생하지 않는다. 하지만 지구상에 존재하는 모든 물질은 점성을 가지고 있다.

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마. 유체의 분류

[밀도의 변화에 따른 분류]

① 압축성 유체

  ▣ 주위의 변화에 의해 밀도가 변하는 유체​

   ⊙ 기체

   ⊙ 액체에 큰 힘(압력)을 가할 때

     ※ 지구상에 있는 모든 것 중에서 변하지 않는 것이 있는데 바로 질량이다. 질량은 물질이

         가지고 있는 고유한 무게이기 때문에 환경이 변해도 질량은 변화하지 않는다.

     ∴ 그러므로 밀도가 변한다고 말하는 것은 질량은 변하지 않으므로 부피가 변했다고

          하는 말과 같은 의미가 된다.

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② 비압축성 유체

  ▣ 주위의 환경이 변화에도 밀도가 변하지 않는 유체​

[점성 유무에 따른 분류]

① 실제 유체 (점성 유체)

   ▣ 실제 이 세상에 존재하는 물질은 모두 점성을 가지고 있으므로 점성유체에 속한다.

   ▣ 유체의 점성을 고려한 유체로 전단응력이 작용하는 유체를 말한다.

② 이상 유체 (비점성 유체, 완전유체)

   ▣ 점성유체에 대한 역학을 유도해 내기 위해 이상적인 상황을 가정한 유체

   ▣ 유체의 점성과 압축성을 고려하지 않은 유체

   ▣ 전단응력이 작용하지 않으며 비점성, 비압축성인 유체

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[변형률에 의한 분류]

 ① 뉴턴유체

   ▣ 전단응력과 전단변형률이 비례하는 유체로 뉴턴의 점성법칙을 만족하는 유체

 ② 비 뉴턴유체

   ▣ 전단응력과 전단변형률이 비례하지 않는 유체로 뉴턴의 점성법칙을 따르지 않는 유체

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2. 차원과 단위

가. 차원 (Dimention)과 단위 (Unit)

  ▣ 차원이란 물리량의 종류를 말하며 물리량의 크기를 비교할 수 있는 것이 단위이다.

   ① 질량 [M] ㎏ g

     ⊙ ㎏을 보았을 때 무게를 나타낸다고 여기는 것은 질량을 본 것이고 차원을 본 것이다.

         ㎏이 g 보다 1,000배 크다고 생각한 것은 질량 · 무게의 크기를 본 것이다. 그러므로 단위의 크기를 본 것이다.

  ② 길이 [L] m ㎝

    ⊙ m, ㎝를 보고 길이를 나타낸다고 생각하면 차원을 본 것이다. m가 ㎝ 보다 100배 크다고 생각하면 크기를 본 것이고

        단위를 생각한 것이다.

  ▣ 질량 [M]                  ㎏                  g

        길이 [L]                  m                 ㎝

        시간 [T]                  S                  s

        중량 [F]               Newton        dyme

                                      kgf              gf

                              mks 단위계      cgs 단위계

  ⊙ 차원이 같으면 +, -, ×, ÷, 단위환산, 크기비교가 가능하다.

         1㎏ + 1g = 1,001g, 0.001 ㎏

  ⊙ 차원이 다르면 ×, ÷ 만 가능하다.

       1 ㎏ + 1 m : 연산 불가

       1㎏ × 1 m = 1 [㎏ · m]

    ※ 길이       m        ㎝          [L]

        면적       ㎡       ㎠         [L2]

        체적       ㎥       ㎤          [L3]

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【국제 표준단위 (SI 단위계)】

물리량	기호
질량 (Mass)	㎏
길이 (Length)	m
시간(Time)	s
열역학 온도 (Thermal dynamic Temperature)	K
물질의 양 (Amount of substance)	mol
전류 (Electric Current)	A
힘 (Force)	㎏·㎡/sec2 = Newton
일 (Work)	N m = ㎏ · ㎡ / sec2 = Joule
동력 (Power)	Joule/sec ㎏ ㎡ /sec2 = Watt
밀도 (Density)	㎏ / ㎥
비중량 (Specific weight)	N / ㎡
압력 (Pressure)	N / ㎡ = Pa

※ 국제표준단위 : 절대단위로 사용한다. ㎏f, gf를 쓰면 중력단위이다.

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[절대단위와 중력단위의 변환]

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① 절대단위를 중력단위로 변환​

② 중력단위를 절대단위로 변환​

[힘 (force)]

▣ 힘(중량) = 질량 × 가속도 (중력가속도)​

ex) 1 Newton은 몇 dyme 인가 ?​

다른 변환방법​

※ 절대단위를 중력단위로 변환​

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