SUBORATORY

#열역학 ​ ​ 열역학에서는 주로 순물질을 다루게 되는데 압력(pressure)과 비체적(specific volume), 온도 사이에는 긴밀한 관계가 있습니다. 그 관계는 Saturation curve를 중심으로 해석되니 먼저 P-T 선도(diagram)와 T-v 선도를 읽을 수 있어야 합니다. ​ 두 선도를 읽는 방법에 대해 간략하게 설명하고 P,v,T 세 가지 중 두 가지 물성치가 주어졌을 때 나머지 하나를 구하는 방법을 소개하겠습니다. ​ ​ ※포화온도와 포화압력에 대한 설명은 아래 게시글 참조 https://subprofessor.tistory.com/41?category=933247 [열역학] 1. 포화온도, 포화압력 #열역학 ​ ​ 물성을 따질 때, 다른 언급이 없다면 순물질이라 가정합니다. ..

재료의 변형은 공학적 설계에 있어서 주된 관심사 중 하나입니다. 주로 압축, 인장, 전단(sheer), 굽힘(bending), 비틀림(torsion) 등을 고려하여 설계하는데, 이번 글에서는 재료를 잘라 끊어지게 하는 힘인 전단력과 재료가 굽어지게 하는 굽힘모멘트에 대해서 알아보고 각각의 선도(diagram)을 알아봅시다. ​ ※SFD는 Sheer Force Diagram, BMD는 Bending Moment Diagram 의 약자입니다. ※본 글에서는 단면적이 일정한 빔(beam)에 대한 하중만을 고려합니다. ​ (i) 부호 규약 먼저, 전단력과 굽힘모멘트의 부호에 관한 논의부터 시작합니다. ​ 보(beam)에 하중이 발생하면 전단이 발생하는데 이 전단을 외부 전단과 내부 전단으로 구분합니다. ​ 아래..

#유체역학 압력은 유체의 운동을 분석함에 있어서 매우 중요하게 고려되는 성질입니다. 한 유체 내에서 압력분포는 일정하지 않습니다. 그 예로 바다 깊은 곳에서 잠수함에 작용하는 높은 압력을 들 수 있습니다. ​ 유체 중에서도 정지해있는 압축성 유체의 압력분포를 알아봅시다. (i) 비압축성 유체의 압력분포 ​ 비압축성 유체의 압력분포는 아래와 같습니다. ​ 이때 p1과 z1는 기준이 되는 지점의 압력과 높이(z)입니다. ​ ​ (ii) 압축성 유체의 압력분포 먼저 유체가 압축이 용이한 기체라 가정합시다. 이상기체 방정식을 적용해 밀도를 용이하게 표현할 수 있습니다. ​ ​ 다들 아시겠지만 우변은 각각 기체의 밀도, 기체상수, 기체의 온도입니다. ​ 위에서 다룬 아래 압력과 밀도 관계식에서 시작합니다. ​ 이..

#열역학 물성을 따질 때, 다른 언급이 없다면 순물질이라 가정합니다. 이번 글에서는 Saturation temperature와 saturation pressure에 대해 알아봅시다. Saturation temperature는 포화온도라고 번역되는데, saturation pressure의 경우 한국에서는 포화압력이라고 자주 사용하지는 않는 것 같습니다. 뒤에서 자세히 설명하겠지만 Saturation pressure는 일정온도에서 순물질의 상(phase)이 변화하는 압력을 의미합니다. 즉 고체, 액체, 기체와 같은 대표적인 상들 사이에 일어나는 상전이(혹은 상변화)에 통틀어 적용되는 개념인데, 실제로 열역학적 문제에서는 액체와 기체 사이의 상전이를 자주 다루기 때문에 포화압력보다는 "포화증기압"이라는 용어를..

#재료역학 ​ 하중이 가해진 봉이 두 가지 조건을 만족할 때 균일 상태라 정의됩니다. 첫째, 단면이 균일. 둘째, 하중이 말단에 일정(단일 하중)하게 적용. ​ 그 반대의 경우, 즉 단면이 균일하지 않거나 가해지는 하중이 일정하지 않은 경우 비균일 상태로 정의합니다. ​ 지난 시간에 단일하중 P가 작용했을 때 봉의 길이변화량이 아래와 같음을 알아보았었습니다. ​ 단 조건이 단일하중, 균일단면봉이었습니다. 오늘은 비균일 단면봉의 경우 봉의 길이변화량은 어떻게 구할 수 있는지 알아봅시다. (i) Definition​ 유한 개(셀 수 있는)의 하중이 가해졌을 때 봉의 길이변화는 다음과 같습니다. ​ ​ N은 수직력, L은 수직력이 작용하는 길이, E는 재료의 탄성계수, A는 수직력이 가해진 부분의 단면적 입니..

액체에서 기체로의 변화, 즉 기화가 일어나는 현상은 크게 두 가지가 존재한다. 액체에서 기체로 변한다고 무조건 증발이 아니다. 액체 표면에서는 증발 현상, 액체 내부에서는 비등 현상이라고 한다. 고속 액체 유동(선박의 스크류)에서는 액체 내부에 하얗게 기포가 발생되는 것을 자주 볼 수 있는데, 이것을 공동 현상(Cavitation)이라 한다. 공동 현상은 쉽게 말해 고속 액체 유동에서 비등 현상이 일어나는 것이다. ​ ​ ​ (i) 증발(evaporation), 비등(boiling) ​ 앞서 말했듯이 증발은 액체의 표면에서 발생하는 현상, 비등은 액체의 내부에서 발생하는 현상이다. 증발 현상(evaporation)의 원인은 공기에 대한 액체 분자의 분압(partial pressure)이 낮기 때문이다. ..

고등학교 과정에서 배운 훅의 법칙(Hooke's law)은 F=-kx 즉 용수철이 늘어난 길이와 힘의 관계를 말했지만 재료역학에서 훅의 법칙을 논한다면 응력과 변형률 간의 관계를 의미합니다. ​ (i) Definition ​ ​ σ (sigma)는 축응력(axial stress), E는 탄성계수(Modulus of Elasticity), ε는 축변형률(axial strain) 입니다. 응력의 단위가 Pa [N/m^2] 고, 변형률이 무차원 단위이기 때문에 탄성계수 E는 응력과 같은 Pa 단위를 가집니다. 기본단위가 Gpa (10^9 Pa)일 정도로 탄성계수는 매우 큰 값을 가집니다. ​ ​ ​ ​ ​ ​ 훅의 법칙에는 두 가지 조건이 선행됩니다. 첫째, 재료가 탄성적으로 거동할 것. 둘째, 응력-변형률 ..

체적계수라고도 하고 체적탄성계수라고도 부르는데, 체적탄성계수라는 용어가 더 대중적인 것 같다. ​ 압축성(Compressibility)은 유체역학에서 고려해야 하는 중요한 물성이다. 압축성유체와 비압축성유체로 유체를 구분하는 것이 유체의 분석의 기초가 되며, 압축성유체냐 비압축성유체냐를 가르는 기준이 바로 체적탄성계수다. ​ (i) Definition ​ 체적탄성계수는 위와 같이 정의된다. p는 압력, V는 체적, ρ는 밀도를 의미한다. 첫번째 등식에서는 V가 원래 체적, dp가 미소압력변화, dV가 미소체적변화가 된다.단위가 재료역학, 고체역학에서 등장하는 탄성계수(Modulus of Elasticity)와 동일하다. 단위도 동일하게 파스칼(Pa)을 사용. ​ 체적탄성계수는 양의 값을 갖는데 체적이 줄..

동점성계수에 대해서 알아보자. 점성계수가 유체의 점성 즉 '분자 간의 운동량 전달과 관련된 물성'이라면 동점성계수는 '유체의 운동량 확산과 관련된 물성'이다. 즉 '유체가 확산되는 정도' 라고 이해하면 된다. ​ ​ (i) Definition 동점성계수의 기호는 그리스어 ν [nu]를 사용해 나타낸다. 점성계수를 밀도로 나눈 것으로 정의되며, 밀도가 낮은 기체의 경우 액체보다 동점성계수가 높다. 즉 기체가 액체에 비해 확산이 잘 일어남을 직관적으로 알 수 있다. ​ ​ (ii) Application ​ 섭씨 15도, 대기압에서 물과 공기의 동점성계수를 비교해보자 ​ (1) 물의 밀도와 점성계수 ​ (2) 공기의 밀도와 점성계수 ​ ​ (3) 물과 공기의 동점성계수 ​ ​ 동점성계수가 열 배 정도 차이나는..

​ 정역학 초반에 힘에 관한 개념을 소개하며 등장하는 힘-우력계. 요는 힘의 작용점을 임의로 이동시켜 표현할 수 있으며, 이 때 우력이라는 모멘트(회전력)이 동반된다는 것이다. 사실 Force-Couple System는 많이 사용되는 개념은 아니다. 단순한 강체로 가정할 때는 사용할 수도 있으나 굳이 작용점을 이동시키는 Process를 중간에 끼워넣어서 문제풀이시간을 늘릴 필요는 없으니.. 포스팅을 다 읽고나면 Force-Couple System으로 분석하든 그냥 분석하든 결국에는 똑같다는 것을 알 수 있을 것이다. 정역학에서는 힘-우력계가 처음 소개되는 파트 말고는 사용될 일이 없고 동역학에서는 Rigid Body의 Kinetic 파트 운동분석할 때 사용된다. 관성모멘트 계산이 용이한 지점 혹은 힘에 ..