유체역학 실험 - 부체의 안정성

유 체 역 학 실 험
( 부체의 안정성 )

① 실험목적
부력의 작용하는 형태의 부체들을 부체 안정 실험 장치를 사용하여 다양한 높이에서의 중력중심에 대하여 분석 및 계산을 수행하고 계산한 안정성에 관하여 비교하여 본다. 본 실험에서는 마이크로 디바이스에서 중요한 요소의 하나인 표면특성에 대하여 알아본다.

② 실험이론 및 참고자료
1) 부체의 안정조건
부체의 상태 중 부체를 약간 기울였을 때 복원력이 작용하여 원래의 상태로 되돌아올 수 있을 때를 말한다. 그대로 있을 때를 중립, 점점 더 기울어질 때를 불안정이라 한다. 부체의 안정은 중심G와 메타 센터 M의 상호 위치에 의해 결정된다.

안정‥‥‥‥
MG ] 0
Ix/V ] CG
M이 G보다 위쪽에 위치
평형‥‥‥‥
MG = 0
Ix/V = CG
M이 G의 위치와 동일
불안정‥‥‥
MG [ 0
Ix/V [ CG
M이 G보다 아래에 위치

[ 그림 12-1 ] 부양 폰툰( ponton ) 장치

2) 부력이란
쉽게 말하면 물에 뜨려는 힘을 말한다. 부력의 크기는 유체 속에 있는 물체의 부피와 같은 부피를 가진 유체의 무게와 같으며, 아르키메데스가 발견했기 때문에 여기에 관계된 원리를 아르키메데스의 원리라고도 한다. 부력의 작용점은 물체가 밀어낸 부분에 유체가 있다고 가정했을 때의 무게중심과 일치한다. 이 작용점을 부력중심(또는 부심)이라 하며, 부체(떠 있는 물체)가 기울어져 있을 경우의 복원력을 결정하는 중요한 요소이다.
어떤 물체의 무게가 부력보다 크다면 그 물체는 가라 앉을 것이다. 반대로 부력이 무게보다 크다면 그 물체는 물에 뜰 것이다. 철 젓가락은 물에 가라앉지만 나무 젓가락은 물에 뜨는 이유는 철 젓가락의 경우 중력이 부력보다 크고, 나무 젓가락은 중력보다 부력이 크기 때문이다. 철로 만든 배가 뜨는 이유는 물에 잠기는 부피를 크게 설계하였기에 배의 무게보다 더 큰 부력을 만들었기 때문이다.
....

[hwp/pdf]유체역학 실험 - 부체의 안정성