게시판 > 질답게시판 > 음속점에서 임계치

Stefano

15-07-23 10:28

(1) 임계치 미만에서는 Critical 상태가 아니기 때문에 일반적인 유체계산 방법을 따르면 되는 것이며, 임계치에서는 임계치 조건으로 계산하라는 것이지요.

전자는 정상적인 상태에서((체력으로) 달리기를 하는 조건이고 후자는 "죽을 힘을 다해"(=죽도록) 달리는 것을 말합니다. 달리다가 죽어버리거나 달리고 나서 죽을 수는 없잖아요. 그러니.. 죽기직전까지 젖먹던 힘까지 쏟아부어 달리는 속도 그것이 바로 음속입니다. 질문의 답변 외에...기왕 음속이야기가 나왔으니 몇가지 이야기를 보충해 보도록 하지요.

(2) 말하자면 임계치 속도는 바로 음속을 말합니다.

유체는 스스로 움직일 때 유체 분자끼리 완전탄성체로 진동하는 속도이상으로 이동할 수가 없습니다. 이 분자 진동속도가 바로 유체매질 내에서의 음속이 되는데 그 이상의 속도로 분자가 달리려 하면 앞서있는 분자의 방해 저항을 이기고 그 속도를 다음 분자에게 힘을 전하기에는 "무한대의 저항"이 걸리는 셈인데 이것이 바로 유체의 흐름을 가로막는 "장벽"에 해당하고 이 "장벽"이 바로 "Critical Limit"에 해닿합니다.

(3) 그래서 유체가 초음속으로 달릴수 있다는 것인지?
아닙니다. 유체스스로 움직이는 것은 음속을 절대로 초과할 수 없습니다. 유체계산에서 Critical Flow로 계산한다는 것은 Mach No. 1로 계산한다는 것인데 실제로 Mach No. 1로 계산하는 경우는 거의 없습니다. Mach No.를 1보다 작은 수치를 미리 정해두고 그 속도를 기준으로 계산하지요. 해당 Ejector에서는 Mach No. 1은 아니지만 준 음속에 가까운 속도라고 가정하고 설계하고 있을 것으로 봅니다.

(고체물질의 이동속도에만 사용) Mach No. = (Actual Moving Velocity)/(Sound Velocity) ....(1)

(4) 초음속으로 나르는 비행기도 있는데..
그것은 유체가 흐르는 것이 아니라 유체내에서 고체물질이 이동하는 속도가 음속을 초과한다는 것이고 압축성 유체 (바로 기체) 속에서 고체전면에서 Sound Impact를 내면서 이동하는 속도를 말합니다. 이때 일컫는 초음속은 Supersonic Velocity이라고 부릅니다

(5) 그렇다면 액체속에서도 미사일 같은 것이 초음속으로 달릴수 있는가? 초음파 탐지기는?
공기와 같은 압축성 유체 내에서는 고체의 속도는 초음속 이상으로 달릴 수 있으나 물과 같은 거의 비압축성 유체내에서는 불가능합니다. 공기중의 음속은 약 330 m/s 이지만 물속의 음속은 초속 1해리 정도로 기억됩니다. 물속에서도 잠수함 탐지기 등으로 사용하는 음파탐지기는 Audible Sound를 초과하는 진동수의 음파를 사용하여 음속으로 탐지하는 것이지 음속을 초과하여 탐지한다는 것이 아닙니다.

(6) 병원에서는 초음파 건진기로 영상촬영하던데..
일반인들이 가장 많이 들어보는 "초음파"는 병원에서 사용하는 초음파 장비를 언급할 때 들어보는 용어입니다. 여기서 사용하는 "초음파"의 "초"는 사람의 귀로 들을 수 있는 가청영역의 소리 (이를 Audible Sound라고 합니다.)영역의 "진동수" 범위의 소리를 벗어났다는 의미이지 인체의 음속을 벗어난 "음속"을 벗어났다는 의미를 갖지는 않습니다. 초음파는 가청영역보다 진동수가 낮을 수도 있고 높을 수도 있습니다. 여기서의 초음파는 "Ultrasonic" Wave를 말합니다.

(초음파) Ξ (사람의 귀로 들을 수 없는 영역의 소리) ....(2)

돈내는 환자는 물론 돈많이 받고(^-^) 일하는 의사들이 소음속에서 참고있으려 하지는 않기 때문이겠지요.

초음파 발진기를 사용하여 신체를 구성하는 물질의 음속으로 백지 파형을 보내고 다시 음속으로 반사되어오는 신호를 감지한 후 잡음(Noise)을 제거한 다음 2차원 그림으로 나타내는 방법이 바로 초음파 CT장비입니다. 3차원으로 보이는 것 같지만 사실은 수 밀리미터 단위로 잘라서 모아놓은 2차원 영상들입니다.

(7) 초음파를 내는 동물도 있다는데..
박쥐가 대표적이고 많은 곤충들이 초음파를 발진시켜 적이나 물체 혹은 먹이, 동료(애인 말고 애동(?))를 탐지하는데 주로 (사람의)가청영역보다 높은 주파수의 음파를 사용할 것입니다. 그들만의 언어인 셈이지요.

참고로.. 인체의 가청영역은 (사람마다 다르지만...) 20~20,000 Hz랍니다.
다른 동물의 가청영역들은 이곳에서 알아볼 수 있습니다.

곤충에 대해서는 찾아보지 않았는데 누가 알고 있다면 답글로 올려주세요.
엄마 뱃속에서 자라는 태아의 경우 어른보다 10~20% 높은 주파수의 소리도 들을 수 있다는데 (그래서 그런지 이따금씩 어떤 초음파소리에 놀라 발로 차대나 봅니다.)... 태어난 후 엄마와 소통하기 위하여 (?) 그 능력이 줄어드나 봅니다.

(1) 임계치 미만에서는 Critical 상태가 아니기 때문에 일반적인 유체계산 방법을 따르면 되는 것이며, 임계치에서는 임계치 조건으로 계산하라는 것이지요.

전자는 정상적인 상태에서((체력으로) 달리기를 하는 조건이고 후자는 "죽을 힘을 다해"(=죽도록) 달리는 것을 말합니다.  달리다가 죽어버리거나 달리고 나서 죽을 수는 없잖아요.  그러니.. 죽기직전까지 젖먹던 힘까지 쏟아부어 달리는 속도 그것이 바로 음속입니다.   질문의 답변 외에...기왕 음속이야기가 나왔으니 몇가지 이야기를 보충해 보도록 하지요.

(2) 말하자면 임계치 속도는 바로 음속을 말합니다.

유체는 스스로 움직일 때 유체 분자끼리 완전탄성체로 진동하는 속도이상으로 이동할 수가 없습니다.  이 분자 진동속도가 바로 유체매질 내에서의 음속이 되는데 그 이상의 속도로 분자가 달리려 하면 앞서있는 분자의 방해 저항을 이기고 그 속도를 다음 분자에게 힘을 전하기에는 "무한대의 저항"이 걸리는 셈인데 이것이 바로 유체의 흐름을 가로막는 "장벽"에 해당하고 이 "장벽"이 바로 "Critical Limit"에 해닿합니다.

(3) 그래서 유체가 초음속으로 달릴수 있다는 것인지?
아닙니다.  유체스스로 움직이는 것은 음속을 절대로 초과할 수 없습니다.  유체계산에서 Critical Flow로 계산한다는 것은 Mach No. 1로 계산한다는 것인데  실제로 Mach No. 1로 계산하는 경우는 거의 없습니다.  Mach No.를 1보다 작은 수치를 미리 정해두고 그 속도를 기준으로 계산하지요.  해당 Ejector에서는 Mach No. 1은 아니지만 준 음속에 가까운 속도라고 가정하고 설계하고 있을 것으로 봅니다.

(고체물질의 이동속도에만 사용)  Mach No. = (Actual Moving Velocity)/(Sound Velocity) ....(1)

(4) 초음속으로 나르는 비행기도 있는데..
그것은 유체가 흐르는 것이 아니라 유체내에서 고체물질이 이동하는 속도가 음속을 초과한다는 것이고 압축성 유체 (바로 기체) 속에서 고체전면에서 Sound Impact를 내면서 이동하는 속도를 말합니다.   이때 일컫는 초음속은 Supersonic Velocity이라고 부릅니다

(5) 그렇다면 액체속에서도 미사일 같은 것이 초음속으로 달릴수 있는가?  초음파 탐지기는?
공기와 같은 압축성 유체 내에서는 고체의 속도는 초음속 이상으로 달릴 수 있으나 물과 같은 거의 비압축성 유체내에서는 불가능합니다.  공기중의 음속은 약 330 m/s 이지만 물속의 음속은 초속 1해리 정도로 기억됩니다.  물속에서도 잠수함 탐지기 등으로 사용하는 음파탐지기는 Audible Sound를 초과하는 진동수의 음파를 사용하여 음속으로 탐지하는 것이지 음속을 초과하여 탐지한다는 것이 아닙니다.

(6) 병원에서는 초음파 건진기로 영상촬영하던데..
일반인들이 가장 많이 들어보는 "초음파"는 병원에서 사용하는 초음파 장비를 언급할 때 들어보는 용어입니다.  여기서 사용하는 "초음파"의 "초"는  사람의 귀로 들을 수 있는 가청영역의 소리 (이를 Audible Sound라고 합니다.)영역의  "진동수" 범위의 소리를 벗어났다는 의미이지 인체의 음속을 벗어난 "음속"을 벗어났다는 의미를 갖지는 않습니다.  초음파는 가청영역보다 진동수가 낮을 수도 있고 높을 수도 있습니다.   여기서의 초음파는 "Ultrasonic" Wave를 말합니다.

(초음파) Ξ (사람의 귀로 들을 수 없는 영역의 소리) ....(2) 
  
돈내는 환자는 물론 돈많이 받고(^-^) 일하는 의사들이 소음속에서 참고있으려 하지는 않기 때문이겠지요.

초음파 발진기를 사용하여 신체를 구성하는 물질의 음속으로 백지 파형을 보내고 다시 음속으로 반사되어오는 신호를 감지한 후 잡음(Noise)을 제거한 다음 2차원 그림으로 나타내는 방법이 바로 초음파 CT장비입니다.  3차원으로 보이는 것 같지만 사실은 수 밀리미터 단위로 잘라서 모아놓은 2차원 영상들입니다.

(7) 초음파를 내는 동물도 있다는데..
박쥐가 대표적이고 많은 곤충들이 초음파를 발진시켜 적이나 물체 혹은 먹이, 동료(애인 말고 애동(?))를 탐지하는데 주로 (사람의)가청영역보다 높은 주파수의 음파를 사용할 것입니다.   그들만의 언어인 셈이지요.

참고로.. 인체의 가청영역은 (사람마다 다르지만...) 20~20,000 Hz랍니다.  
다른 동물의 가청영역들은 이곳에서 알아볼 수 있습니다.

곤충에 대해서는 찾아보지 않았는데 누가 알고 있다면 답글로 올려주세요.
엄마 뱃속에서 자라는 태아의 경우 어른보다 10~20% 높은 주파수의 소리도 들을 수 있다는데 (그래서 그런지 이따금씩 어떤 초음파소리에 놀라 발로 차대나 봅니다.)... 태어난 후 엄마와 소통하기 위하여 (?) 그 능력이 줄어드나 봅니다.

龍鳳 yongbong

15-07-27 16:08

매번 느끼는 것이지만, 스테파노님의 박식함에 또 놀라게 되네요.^^

한가지, 제가 알기로는 유체도 초음속으로 달릴 수 있는 것 같습니다.

초음속 제트기가 초음속으로 날 수 있는 이유는 제트추진 장치에서 유체가 초음속으로 나오기 때문입니다.
제트추진장치가 Sub-Sonic이면 제트기 자체도 Super-Sonic(초음속)이 될 수 는 없습니다.
제트추진 장치는 소위 말하는 Converging-Diverging Nozzle을 사용하고 이 노즐의 곡면은 유체의 성격에 따라 고유한 값을 갖기 때문에 특별히 초음속을 위해 디자인 된 것이 아니라면 초음속 현상이 나지 않습니다.

이러한 이유때문에 일반 공장에서는 초음속 현장을 보기 힘든데,
Ejector의 경우에는 Supersonic Ejector를 제작하는 경우가 있습니다.

스테파노 Stefano

15-07-29 09:42

그렇군요... 제트엔진의 연소기 출구 노즐에서 음속에 도달하고 그 노즐에서 엔진 팁까지 연결되는 부분에서 음속을 초과한 Super Sonic Velociity로 방출하게 되어 있군요.. 설명 감사합니다.

필자가 이해하기로는 Supersonic Ejector나 Scramjet Engine에서의 Supersonic 상태는 후단에서의 압력이 거의 진공상태인 경우 (분자의 Mean Free Path의 길이가 아주 긴 상태)에만 가능한 것으로 추청합니다. Scramjet Engine이나 Supersonic Ejector 등에 대해 더 공부해 봐야하겠습니다. 혹시 참고할 자료가 있다면 소개바랍니다.

http://onlinedatingsoundbarrier.blogspot.kr/2010/12/scramjet-supersonic-combustion-ramjet.html