공기저항 측정하는 방정식이 있나요?
공기저항을 측정하는 방정식이 있나요?
속도가 빠를수록
표면적이 클수록
공기저항이 높아진다는 것은 알고 있는데요.
계산 공식이 따로 있을까요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
네, 공기저항을 계산하는 데에는 여러 가지 공식이 사용될 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 공기저항 계산 공식은 다음과 같습니다:
공기저항 (F) = 0.5 * (밀도 (ρ)) * (속도 (v))^2 * (드래그 계수 (C_d)) * (표면적 (A))
여기서:
- 밀도 (ρ)는 공기의 밀도를 나타냅니다.
- 속도 (v)는 물체의 상대적인 속도를 나타냅니다.
- 드래그 계수 (C_d)는 물체의 형태와 표면 특성을 나타내는 상수입니다.
- 표면적 (A)는 공기저항을 받는 물체의 횡단면적을 나타냅니다.
이 공식을 사용하여 공기저항을 계산할 수 있습니다. 다만, 실제로는 각 물체마다 다른 형태와 특성을 가지므로, 정확한 공기저항을 계산하기 위해서는 해당 물체에 대한 실험 데이터나 공학적인 모델링이 필요할 수 있습니다.
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
공기저항계수를 측정하기 위해서는 3가지가 필요하다. 정확한 전면투영면적의 값, 어느 곳에서나 균일하고 일정한 속도의 바람, 앞뒤, 전후, 좌우 힘을 측정할 수 있는 밸런스 장비이다. 전면투영면 적은 레이저를 활용해 비교적 쉽게 얻을 수 있는 값이다. 전면투영면적이란 앞에서 보았을 때 눈에 보이는 면적이다. 항력계수가 동일하다면 전면투영면적이 클수록 공기저항도 커지기 때문이다. 면적 측정에는 일반적으로 레이저가 동원된다. 두 번째는 일정한 속도와 바람이다. 균일하고 일정한 바람을 만들려면 실제 바람이 나오는 노즐이 커야 한다. 국내 유일한 현대기아차 풍동실험실 노즐 크기는 가로 4m, 세로 7m다. 일반적인 차의 전면투영면적인 가로 2m, 세로 2m의 14배 수준이다. 그리고 세 번째로는 앞뒤, 전후, 좌우의 주행 중 실제 받는 힘을 측정해야 한다. 측정에는 밸런스(저울)이라는 장비가 동원된다. 일반적인 저울은 상하 방향 힘을 측정하지만 항력 계수 산출이 가능한 풍동실험실 밸런스는 앞뒤, 전후, 좌우의 세 방향을 모두 측정한다. 전후 방향은 연료 효율과 직접적인 관련이 있고, 상하 방향인 양력과 좌우방향의 측력은 주행 안정성과 연관된다. 이들 세 가지 조건이 충족된 후 항력 계수가 산출된다