유체역학에서 입구가 좁아질수록 유속이 빨라지는게 당연한데요.
유체역학에서 입구가 좁아질수록 유속이 빨라지는게 당연한데요. 잼같은 물질은 입구가 좁아져도 전혀 빨라지지 않고 양만 줄어들잖아요. 이런건 유체역학으로 생각하지 않는건가요?
유체역학에서 입구가 좁아질수록 유속이 빨라지는 현상은 비압축성 유체, 즉 물이나 공기와 같은 유체에 대해 적용됩니다. 이는 베르누이 방정식과 연속 방정식에 의해 설명됩니다. 하지만 잼과 같은 고점도 유체는 뉴턴 유체가 아니기 때문에 전통적인 유체역학의 법칙이 그대로 적용되지 않습니다. 이런 고점도 유체의 경우에는 비뉴턴 유체의 특성을 고려하여 다른 물리 모델이 필요합니다.
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
유체역학에서 입구가 좁아질수록 유속이 빨라진다는 것은 일반적으로 연속 방정식(continuity equation)에 기반한 설명입니다. 이는 유체가 압축되지 않고(비압축성 유체),점성(끈적임)이 거의 없는 이상적인 유체일때잘 적용됩니다. 즉, 단위 시간당 흐르는 유체의 양(유량)이 일정하게 유지되려면, 통로가 좁아지면 속도가 빨라져야 하는것이죠
하지만 같은 물질은 이러한 일반적인 유체와는 다른 특성을 가집니다. 잼은 비뉴턴 유체(Non-Newtonian Fluid)에 속합니다.
비뉴턴 유체와 점성
뉴턴 유체 : 물이나 공기처럼 점성(끈적임)이 일정하여 힘을 가하는 정도에 비례하여 흐르는 속도가 변하는 유체입니다. 우리가 흔히 아는 유체역학의 많은 원리들은 뉴턴 유체를 기준으로 합니다.
비뉴턴 유체 : 잼,케첩,치약,페인트 등처럼 힘을 가하는 정도에 따라점성이 변하건, 아예 흐르지 않다가 일정 이상의 힘이 가해져야 흐르기 시작하는 유체입니다. 잼은 힘을 가하면 점성이 낮아져 더 잘 흐르기도 하고, 힘을 멈추면 다시 점성이 높아져 굳어지는 특성을 가질수있습니다.
잼의 입구가 좁아져도 유속이 빨라지지 않고 양만 줄어드는 것은, 점성력이 매우 크기 때문입니다. 입구가 좁아지면 유체의 흐름에 대한 저항(점성 저항)이 급격히 커져서, 유속이 크게 증가하지 못하고 오히려 전체적인 유량이 줄어들게 됩니다. 이는 좁은 빨대로 걸쭉한 셰이크를 마시기 어려운것과 비슷한 원리입니다.
유체역학의 범위
비뉴턴 유체 또한 유체역학의 중요한 연구 대상입니다. 다만, 뉴턴 유체보다 훨씬 복잡한 수학적 모델과 실험적 분석이 필요합니다. 잼과 같은 비뉴턴 유체의 흐름을 분석하는 것은 식품 공학, 화학공학, 재료 공학 등 다양한 분야에서 중요한 과제입니다. 따라서 유체역학으로 생각하지 않는것이 아니라 더 복잡한 유체역학적 특성을 가진 물질 이라고 이해하시면 됩니다.
안녕하세요
잼같은 물질은 비뉴턴 유체로 분리되어 속도에 비례하는 물질이 아닙니다.
잼과 같은 비뉴턴 유체는 층류 특성을 보이고 유체의 각 입자가 규칙적으로 흐르는 것을 의미합니다.
이것을 이해하기 위해서는 동역학을 이해하면 도움이 됩니다.
유체의 점도에 따라 달라지긴 하지만 면적이 작을 수록 유체 속도가 빨리 지는 건 맞습니다.
베르누이 원리 유체흐름이 좁은 통로를 지날 때, 속도가 증가된다는 관찰을 바탕으로 한 원리
단면적이 큰 곳에서, 유체의 흐름이 느리고 압력이 높고, . 단면적이 작은 곳에서, 유체의 흐름이 빠르고 압력이 낮음 . 이처럼, 속도와 압력이 일정한 관계를 갖는다는 원리.
반갑습니다. 일반적인 유체라면 당연히 입구가 좁은 곳을 통과하게 되면 속도가 빨라집니다. 그러나 잼과 같은 점성이
강한 액체는 일반적인 유체라고 볼 수가 없습니다. 쉽게 말하면 점성때문에 병목현상이 발생한다고 보면 됩니다. ㅎ
유체역학에서는 일반적으로 비압축성 유체를 다룰 때, 입구가 좁아지면 유속이 빨라지는 현상을 관찰할 수 있는데요.
이는 베르누이 방정식과 연속 방정식에 의한 것입니다.하지만 잼과 같이 점성력이 큰 액체는 유체의 흐름이 달라집니다. 점성력이 클 경우, 유체의 흐름에 대한 저항이 커져서 입구가 좁아져도 유속이 크게 증가하지 않고 오히려 유량이 줄어들 수 있습니다.
따라서 점성이 큰 액체의 흐름은 단순한 유체역학의 원리만으로는 설명하기 어렵고, 점성력을 고려한 유체역학적 분석이 필요합니다.