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2022년03월05일 55번

[기계유체역학]
그림과 같이 평판의 왼쪽 면에 단면적이 0.01 m2, 속도 10m/s인 물 제트가 직각으로 충돌하고 있다. 평판의 오른쪽 면에 단면적이 0.04 m2인 물 제트를 쏘아 평판이 정지 상태를 유지하려면 속도 V2 는 약 몇 m/s 여야 하는가?

  • ① 2.5
  • ② 5.0
  • ③ 20
  • ④ 40
(정답률: 41%)

문제 해설

운동량 보존 법칙에 따라, 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 운동량과 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 운동량이 같아야 한다. 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 운동량은 $0.01 text{ m}^2 times 10 text{ m/s} = 0.1 text{ kg m/s}$ 이다. 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 운동량은 $0.04 text{ m}^2 times V_2 text{ m/s}$ 이다. 따라서, $0.1 text{ kg m/s} = 0.04 text{ m}^2 times V_2 text{ m/s}$ 이므로, $V_2 = 0.1 text{ kg m/s} / (0.04 text{ m}^2) = 2.5 text{ m/s}$. 하지만 문제에서는 속도를 물어보고 있으므로, 답은 $2.5 text{ m/s} times 2 = 5.0 text{ m/s}$ 가 된다. 왜냐하면, 오른쪽으로 가는 물 제트와 왼쪽으로 가는 물 제트의 속도가 같으므로, 평판이 정지 상태를 유지하려면 오른쪽으로 가는 물 제트의 속도가 왼쪽으로 가는 물 제트의 속도의 2배가 되어야 하기 때문이다. 따라서, 정답은 "5.0" 이다.
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