>> 직경이 3/4 인치이고 길이가 3m 짜리 파이프에 단면적이 1cm2가 되게 구멍을 8개 뚫고 압력이 7kgf/cm2 짜리 물을 공급하여 분출(?) / 흘려보낼때 나오는 물의 압력은 얼마가 될까요? 그럼 그 힘의 반작용에 의해 파이프가 뒤로 밀리지 않게 하려면 무게가 얼마정도 되는 쇠판을 달아줘야 할까요? 궁금합니다.
[답변]
(1) 파이프내 구멍입구에서는 7kgf/cm2이지만 구멍을 빠져 나온 후 압력은 없습니다.
(2) 노즐을 빠져나가는 속도는 v = 0.6 (2 p gc/d)^(0.5)로부터 계산되고 여기에 노즐의 면적을 곱해주면 유량이 얻어집니다.
(3) 작용하는 힘은 모멘텀 발란스에의해 F = mv/gc 의 힘이 노즐을 통해 유체가 흘러가는 반대방향으로 작용됩니다. (여기서의 gc는 질량단위를 힘의 단위로 바꿔주는 중력환산계수입니다.)
노즐이 8개면 각각의 구멍 입구에서의 압력이 약간씩 다를 수 있지만 공급하는 펌프가 충분히 압력을 유지해 줄 수 있는 용량을 가지고 있고 파이프 내에서의 압력손실이 무시할 수 있다면 각각의 노즐을 통해 흐르는 유량은 같다고 할 수 있습니다.
(4) 노즐이 모두 한방향으로 되어 있으면 위에서 계산한 힘을 8배 해주면 전체의 힘이 되지만 노즐의 위치에 따라서 지지점으로부터의 회전 모멘트로 작용할 수도 있습니다. 또 노즐이 서로 방대방향의 대칭위치에 배치하고 있다면 작용하는 힘은 균형을 이룹니다.
