2016년10월01일 58번

[기계유체역학]
비점성, 비압축성 유체의 균일한 유동장에 유동방향과 직각으로 정지된 원형 실린더가 놓여있다고 할 때, 실린더에 작용하는 힘에 관하여 설명한 것으로 옳은 것은?

① 항력과 양력이 모두 영(0)이다.
② 항력은 영(0)이고 양력은 영(0)이 아니다.
③ 양력은 영(0)이고 항력은 영(0)이 아니다.
④ 항력과 양력 모두 영(0)이 아니다.

(정답률: 44%)

문제 해설

정답은 "항력과 양력이 모두 영(0)이다." 이다.

비점성, 비압축성 유체에서 원형 실린더가 유동체와 접촉하면, 유체는 실린더 주위를 흐르면서 압력과 마찰력을 실린더에 작용시킨다. 이때, 실린더에 작용하는 힘은 항력과 양력으로 나뉘게 된다.

항력은 유체의 저항력으로, 유체와 실린더 사이의 마찰력에 의해 발생한다. 하지만, 비점성, 비압축성 유체에서는 유체 입자들이 실린더 주위를 흐르면서 서로 간섭하고, 이로 인해 유체의 저항력이 발생한다. 그러나 이 저항력은 유체의 속도와 밀도, 실린더의 지름 등에 영향을 받기 때문에, 유동체의 속도가 일정하고 실린더의 지름이 작을 경우에는 항력이 발생하지 않는다.

양력은 유체의 운동에 의해 발생하는 힘이다. 하지만, 원형 실린더가 유동체와 접촉할 때, 유체 입자들은 실린더 주위를 흐르면서 실린더의 양쪽면에 대해 대칭적으로 분포하게 된다. 이로 인해, 실린더에 작용하는 압력이 상쇄되어 양력이 발생하지 않는다.

따라서, 비점성, 비압축성 유체에서 균일한 유동장에 놓인 원형 실린더에 작용하는 힘은 항력과 양력이 모두 영(0)이다.

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