1. 정수압
가. 정수압 기본식
▣ 정수압 : 정지하고 있는 유체 (수중 또는 공기)의 용기 내측에 작용하는 유체의 압력 (면에 수직으로 작용)
▣ 정수압의 강도
▣ 정지하고 있는 수중의 한 점에 있어서의 정수압의 강도는 면의 방향에 관계없이 일정하다.
⊙ 압력 P = γ Z + Pa
여기서, γ 비중량, Z : 높이 · 깊이, Pa : 대기압 (0 [atm])
※ 수평방향으로는 압력이 일정하다.
※ 정수중의 한점에 작용하는 정수압의 크기는 모든 방향으로 일정한(같은) 값을 가진다.
※ 절대압력 = 대기압력 + 계기압력
ex1. 개방된 물통속에 물이 담겨져 있으며 깊이는 2[m] 이다. 이 물 위에는 비중이 0.8인 기름이 1[m] 깊이로 떠 있다.
기름과 물의 접촉면에서의 압력과 물통 밑바닥에서의 압력을 계산하라.
① 접촉면에서의 압력 : 깊이 Z = 1[m]
⊙ 압력 P = γ Z = (0.8 × 9,800[N/㎥]) × 1 [m] = 7,840 [N/㎡]
② 물통 바닥에서의 정수압 : 기름의 압력 + 물의 압력
7,840 +9,800 × 2 = 27,440 [N/㎡]
ex2. 수심 3,000[m] 의 해저에 있어서의 정수압을 구하라. 단, 해수의 비중은 1.025이다.
γ = 1.025 × 9,800 [N/㎥] 이므로
P = 1.025 × 9,800 [N/㎡] × 3,000 [m] =30,135,000[N/㎡] =30,135 [kN/㎡]
나. 수압의 전달
▣ 파스칼(Pascal)의 원리 : 정지상태의 유체 내부에 작용하는 압력은 작용하는 방향에 관계없이 일정하며 그 압력은
유체 내부에 고르게 전달된다.
※ 수압기의 원리
수식으로 나타내면
※ F1, F2를 크게 증가시키면 γZ1은 상대적으로 미소하므로 무시 가능하다.
▣ 단면적의 비를 크게 하면 작은 힘 F1 으로 큰 힘 F2를 얻을 수 있다.
ex1. 수압기에서 피스톤의 지름이 각각 20 [㎝], 10 [㎝]이다. 작은 피스톤에 19.6 [N]의 힘을 가하면 큰 피스톤에는 몇 [N]의
하중을 가하게 되는가 ?
위 식을 이용하여 다음과 같이 정리할 수 있다.
다. 압력의 측정과 단위
▣ 절대압력 = 국지 대기압 + 계기압력
Pabs = Pa + Pg
Pabs : 절대압력, Pa : 국지 대기압, Pg : 계기압력 (if Pg < 0 이면 진공)
▣ 압력의 단위
1[atm] = 10.332 [mH2O] = 760 [㎜Hg] = 101,325 [Pa] =101.325 [kPa] = 0.101325 [MPa]
ex1. 국소대기압이 98.6 [kPa]인 곳에서 펌프에 의하여 흡입되는 물의 압력을 진공계로 측정하였다. 진공계가 7.3 [kPa]을
가리켰을 때 절대압력은 ?
⊙ 절대압력 = 국소 대기압 + 계기압력
∴ Pabs = 98.6 [kPa] - 7.3 [kPa] = 91.3 [kPa]
※ 진공계의 값은 (-)의 압력을 측정하는 것이다. 그러므로 압력을 빼주게 된다.
ex2. 소방펌프차가 화재현장에 출동하여 그곳에 설치되어 있는 수조에서 물을 흡입하였다.
이 때 펌프 입구의 진공계가 60 [kPa]을 표시하였다면 손실을 무시할 때 수면에서 펌프까지의 높이는 약 몇 [m]인가 ?
※ 단위 환산 : 1[atm] = 10.332 [mH2O] = 760 [㎜Hg] = 101.325 [KPa]
⊙ 측정값 × 대상값 / 기준값
라. 압력측정계기
▣ 액주계 : 액체의 기둥 높이를 기준으로 압력을 측정하는 방법 (液 : 진액, 柱 : 기둥주 計 : 셈할 계)을 말한다.
흔히 쓰이는 액주계에는 다음과 같다.
⊙ 피에조미터관 (Piezometer)
⊙ U자관 액주계 (U-tube Manometer1)
⊙ U자관 차압 액주계 (U-tube Manometer2)
⊙ 경사관 차압 액주계 (Inclined - tube Manometer)
【 피에조미터관 】
⊙ 한쪽 끝이 개방되어 있는 수직관이 압력을 측정하고자 하는 용기 A에 부착되어 있는 액주계를 '피에조미터관'이라고
한다.
측정방법은
【 U자관 액주계 (U-tube Manometer1) 】
⊙ 피에조미터관의 단점을 보완하기 위한 것으로 U자관 액주계이다. 용기 A에 있는 유체
와 다른 유체를 액주계에 사용한다. 이 유체를 "계기 유체 (Gage Fluid)라고 한다.
측정방법은
【 U자관 차압 액주계 (U-tube Manometer2) 】
⊙ U자관 차압 액주계를 이용하여 두 용기간 압력차이를 쉽게 구할 수 있다.
측정방법은
【 경사판 차압 액주계 (Inclined-tube Manometer) 】
⊙ 두 용기 사이의 압력이 아주 미세한 경우에는 경사관 차압 액주계를 사용한다.
측정방법은
ex1. 다음 경사 수압관에서 θ = 30 ˚, ℓ=10 [㎝], 비중 1.2 일 때의 압력 PA 를 구하여라.
ex2. 다음의 역 U자관 Manometer에서의 압력차 Px -Py 는 ?
압력차는
마. 수중 평면에 작용하는 정수압
▣ 압력은 수심에 따라 선형적으로 분포하고 압력은 수심에 따라 비례한다.
① 전수압 F = γ · h · A
② 수압의 중심 : 평면의 도심
※ 전수압이 작용하는 위치는 도심 또는 무게 중심에 작용한다.
▣ 연직면에 작용하는 압력
① 전수압 ( P = F )
② 수압의 중심 hp
▣ x축에 관한 2차 모멘트
⊙ 사각형
#정수압 #액주계 #마노미터 #Manometer #U자관 #피에조미터관 #절대압력
#계기압력 #대기압 #파스칼 #수압기
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