유체역학 및 실험::표면장력 (surface tension),모세관 현상 (capillary action),압축성 (compressibility) 및 탄성 (elasticity)

유체역학 및 실험

표면장력 

(surface tension) 

-액체상태의 분자들이 서로 끌어당기기 때문에 발생하는 힘 

· 액체중의 분자는 이웃하는 분자들에 의해 균등하게 끌어 당겨지는 힘이 발생 

· 모든 방향으로 같은 크기의 힘이 작용하고 있으므로 합력은 0임. 

-액체의 표면 막의 강도를 나타내는 척도 

· 분자가 액체의 표면에 위치할 경우 

· 액체 내부에서는 인력 (끌어당기는 힘 )이 작용 

· 공기와 접하는 부분에서 공기쪽으로는 인력이 존재하지 않음 . 

· 분자간의 합력이 액체의 내부 방향으로 향하게 되어 액체의 표면 막 (film)을 

형성하게 됨 . 

-표면장력의 예 

· 소금쟁이와 같은 수중생물들의 

물 표면상에서 이동 

· 고요한 유리잔의 물 표면에 

바늘이 뜨는 현상 

 

유체역학 및 실험 표면장력 표면장력 (surface tension) -액체상태의 분자들이 서로 끌어당기기 때문에 발생하는 힘 · 액체중의 분자는 이웃하는 분자들에 의해 균등하게 끌어 당겨지는 힘이 발생 · 모든 방향으로 같은 크기의 힘이 작용하고 있으므로 합력은 0임. -액체의 표면 막의 강도를 나타내는 척도 · 분자가 액체의 표면에 위치할 경우 · 액체 내부에서는 인력 (끌어당기는 힘 )이 작용 · 공기와 접하는 부분에서 공기쪽으로는 인력이 존재하지 않음 . · 분자간의 합력이 액체의 내부 방향으로 향하게 되어 액체의 표면 막 (film)을 형성하게 됨 . -표면장력의 예 · 소금쟁이와 같은 수중생물들의 물 표면상에서 이동 · 고요한 유리잔의 물 표면에 바늘이 뜨는 현상 · 모세관 상승 표면장력 표면장력 (surface tension) -표면장력의 단위 · dyne/cm · 1cm 길이의 표면 막을 파괴하는데 필요한 힘 -유체 종류별 표면장력 크기의 예 · 물: 72.7 dyne/cm (20℃) · 에틸알콜: 22.4 dyne/cm · 수은: 465 dyne/cm -온도와 표면장력의 관계 · 표면장력은 온도가 증가함에 따라 감소 . 뜨거운 물은 낮은 표면장력을 가짐 -응집력 (cohesive force) · 액체 분자간 작용하는 인력 -부착력 (adhesive force) · 액체 분자와 다른 물체간 작용하는 인력 · 물 분자간 응집력 < 물 분자와 유리벽과의 부착력 . 모세관 상승 발생 표면장력 표면장력 : 모세관 현상 표면장력 표면장력 (surface tension) -비누방. 내외부 압력차 예) 비누방울의 지름이 5cm읹 때 비누방. 내부와 외부의 압력차륹 구하라 . (표면장력은 80 dyne/cm 륹 적용 ) . 모세관 현상 모세관 현상 (capillary action) -부착력, 응집력, 표면장력에 의한 다공성 물질 공간 내에서의 물의 이동 -예) 물잔에 종이를 담글 경우 종이를 따라 상승하는 물 식물의 모세관 현상 : 토양 속의 수분을 모세관 현상에 의해 끌어올려 물속에 용해된 영양물질 흡수 -접촉각 (contact angle) 에 따른 물과 고체간의 부착력 · 소수성 (hydrophobic) 물체: 물과의 접촉각이 90° 이상 물과 잘 섞이지 않는 물질 또는 물에 잘 녹지 않는 물질 예) 물과 파라핀 : 접촉각 107° . 방수체 · 은 (silver): 물과의 접촉각 거의 90° · 석영 (quartz): 물과의 접촉각 90° 이하 . 물에 잘 젖는 성질 · 일반적인 유리 : 물과의 접촉각 약 25° · 깨끗한 물과 유리 : 접촉각 0° 모세관 현상 모세관 현상 (capillary action) -가는 유리관 내에서의 모세관 상승 · 표면장력과 부착력 간의 상호작용에 의해 모세관 상승 발생 · 부착력이 수표면 막을 위로 끌어당김에 따라 수표면 막은 중력에 저항하며 유리관내의 물을 끌어올리게 됨 . -모세관 상승고 h 모세관 현상 예제 1.9 20℃의물에 직경 2mm의 깨끗한 유리관 (접촉각 0°)을 세웠을 때 모세관내 상승고 ? (20 ℃ 물의 단위중량 = 0.998g/cm3, 표면장력 = 72.7 dyne/cm, 1g = 980dyne) 모세관 현상 -2 개의 연직 평판읁 세. 경욪 . 모세관 현상 -물방울에 작용하는 표면장. . : 물방. 내외부 압력차 압축성 및 탄성 압축성 (compressibility) 및 탄성 (elasticity) -이상유체가 아닌 실제 유체는 외부에서 압력읁 가하면 압축되어 부피가 줄어들고 압력읁 제거하면 원 상태로 팽창됨 . 이러. 유체의 성질읁 압축성 및 탄성이라고 . . 체적탄성계수 (bulk modulus of elasticity) E -압력변화에 따른 체적의 변화 -초기 체적 V0가 압력변화 Δp에 의해 ΔV만큼 변. 경욪 압력증가에 따라 체적이 감소하므로 체적탄성계수 앞에 . 부호 사용 압축계수 (modulus of compressibility) K -체적탄성계수의 역수 압축성 및 탄성

비압축성 유체 (incompressible fluid) -압축이 되지 않는다고 가정. 유체 -압력에 관계없이 체적 , 온도, 밀도 등이 일정하다고 가정하는 유체 -일반적으로 액체 (물), 저속흐름의 기체 . 일반적인 수리. 해석에서 물은 체적변화가 없는 비압축성 유체로 간주 감소 증가 최대 최소 감소 증가