[자연과학][실험보고서] 이동현상실험 - 종말속도측정[Measurement of Terminal Velocity]

Measurement of
Terminal Velocity

1. 목적

⑴ 중력하에서 구체가 유체중에서 침강할 때에 일어나는 현상을 이해한다.
⑵ 항력계수(Drag Coefficient)와 Reynolds Number와의 관계를 알아본다.

2. 이론

⑴ 항력(Drag, Drag Force, Fd) :
흐름방향에서 유체가 고체표면에 미치는 힘
(3-1)
⑵ 항력계수(Drag Coefficient) :
유체의 밀도두와 속도두와의 곱에 대한 (단위 투영면적당 항력)의 비로서 정의된다.
(3-2)
where, : 항력(Drag)
: 투영 면적 (Projection Area)
항력계수는 Reynolds Number와 입자의 형태의 함수이다.
주어진 형태가 구(球)일 경우, 다음과 같은 경우에 따라 항력계수가 변화

① Reynolds Number가 낮을때

항력계수는 Stokes` Law에 비교적 잘 일치한다. ()
(3-3)
(3-4)
점동류(Creeping Flow) :
점도가 작은 기체나 액체 중에서 움직이는 먼지나 안개같은 작은 입자나, 점도가 아주 큰 액체중에서 움직이는 큰 입자의 운동과 같이, 벽 전단이 점성력에만 의존하여 생기는 흐름을 의미한다.

② Reynolds Number가 1000이상일때,

실험적으로,
(3-5)

가 된다.

⑶ 중력장에서의 유체를 통과하는 한 입자의 운동
① 일때, (Stokes` Law Range)
(3-6)

② 일 때,

…

① 액체별 침강속도 측정기

② 각각 다른 직경을 가진 구체(4가지)

③ 침강액 (물, 기름)

④ Stop Watch

⑤ 전자저울

⑥ Varnier Calliper

4. 실험 준비물

5. 실험 방법

① 침강속도 측정기(위 그림)에 용액을 채우고 수직으로 세운다.

② 침강속도 측정기에 낙하거리를 선정한다.

③ 각 구체의 밀도를 측정한다.

④ 구를 떨어뜨리고 구의 침강속도가 어느정도 일정해 졌다고 생각되는 순 간에 침강속도를 측정한다.

⑤ 침강속도는 관의 하부에 미리 정해놓은 구간을 구가 떨어지는데 소요되는 시간을 반복 측정하여 계산한다.

⑥ 구체의 지정거리에서 낙하시간을 측정한다. (총 5회 반복)

⑦ 위의 방법으로 구체를 달리하여 반복한다.

6. 실험 결과