창의적 공학설계 입문 (12)
우석대학교 에너지공학과
이우금 교수
프로젝트 및 시험 스케줄
2 3주차 (9월16일): 팀 구성 및 프로젝트 시작
6주차 (10월7일): 설계 요약서 제출 및 발표 (PD)
8주차 (10월21일): 중간시험: A4용지 1장-앞뒤 면에 요약
10주차 (11월4일): 각 팀 프로젝트 중간 발표 및 중간점검 (PD)
13주차 (11월25일): 각 팀 보고서 제출 (리포터)
14주차 (12월2일): 각 팀 프로젝트 결과 발표 (팀장)
- 결과물 제출
- 글루건 반납
15주차 (12월9일): 기말시험
퀴즈5) U 자관의 유체 비중(r𝑠)가 0.7이고, 액주 높이 차가 540mm 일 경우 탱크 내의 절대압력은 얼마인가? 단 대기압은 98 kPa, r𝐻 2𝑂= 1,000 𝑘𝑔/𝑚 3 임. 유체의 비중을 안다는 것은? 유체의 밀도를 안다는 것! 비중(r𝑠 ) = rr 𝐻2𝑂 P = + 압력 = 단위 면적 당 미치는 힘 = 𝐹 𝐴 액주계 내 B에 미치는 압력 (즉, ) 은? B점에서의 액주계 단면적 당 미치는 힘! 𝑷𝒂𝒕𝒎 = 98 kPa h= 540mm r𝒔 = 0.7 P= ? B pB
p
atmp
𝐁p
𝐁 B점에서의 액주계 단면적 당 미치는 힘은? 액체의 무게 = m*g 그러므로, = 액체의 무게 액주계 단면적 = 𝑚∗𝑔 𝐴p
𝐁 = 𝑚∗𝑔 𝐴×
ℎ ℎp
𝐁 = 𝑚 ∗𝑔∗ℎ 𝐴∗ℎ= ρㆍ𝑔ㆍℎ
(※ 밀도
(ρ)= 질량 체적 = 𝑚 𝑉 = 𝑚 𝐴∗ℎ)
4
전류와 전기저항
저항의 연결
1) 직렬연결 - 각 저항기에 흐르는 전류는 같다:𝐼 = 𝐼
1= 𝐼
2 - 총 전압은 각각의 전압의 합과 같다:𝑉 = 𝑉
1+ 𝑉
2 - 저항의 직렬연결에서 합성저항은 R = ? 𝑉1 = 𝐼1ㆍ𝑅1, 𝑉2 = 𝐼2ㆍ𝑅2 V = 𝐼1ㆍ𝑅1 + 𝐼2ㆍ𝑅2 = 𝐼ㆍ(𝑅1 + 𝑅2) R = (𝑅1 + 𝑅2) 저항의 연결
2) 병렬연결 - 각 저항기에 걸린 전압은 같다:𝑉 = 𝑉
1= 𝑉
2 - 총 전류는 각각의 전류의 합과 같다:𝐼 = 𝐼
1+ 𝐼
2 - 저항의 병렬연결에서 합성저항은 R = ?𝐼
1=
𝑉1 𝑅1, 𝐼
2=
𝑉2 𝑅2𝐼 = 𝐼
1+ 𝐼
2=
𝑉1 𝑅1+
𝑉2 𝑅2=
𝑉ㆍ ( 1 𝑅1 + 1 𝑅2) 1 𝑅 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 = 𝑅2 + 𝑅1 𝑅1𝑅26
저항의 연결
3) 직렬 및 병렬연결 - 아래 회로 중 병렬연결의 합성저항을 𝑅12 , 합성저항에 적용되는 전류와 전압을 각각 𝐼12 , 𝑉12라 하 면?𝐼
1=
𝑉1 𝑅1, 𝐼
2=
𝑉2 𝑅2𝐼
12= 𝐼
1+ 𝐼
2=
𝑉1 𝑅1+
𝑉2 𝑅2=
𝑉12ㆍ( 1 𝑅1 + 1 𝑅2)𝐼
12= 𝑉
12·
1 𝑅12 𝑉12 𝐼12 𝑅 12 𝐼3 1 𝑅12 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 = 𝑅2+ 𝑅1 𝑅1𝑅2 - 직렬연결에서 각 저항기에 흐르는 전류는 같다: 𝐼 = 𝐼12 = 𝐼3 - 직렬연결에서 총 전압은 각 전압의 합과 같다: 𝑉 = 𝑉12 + 𝑉3 = 𝐼12𝑅12+ 𝐼3𝑅3 = 𝐼 · (𝑅12+ 𝑅3) - 저항의 직렬연결에서 합성저항 R = ? R = (𝑅12 + 𝑅3) - 병렬 연결에서 저항기에 걸린 전압을 𝑉12 라하면: 𝑉12 = 𝑉1 = 𝑉2 - 병렬 연결에서 저항기에 흐르는 총 전류를 𝐼12 라하면: 𝐼12 = 𝐼1 + 𝐼2 - 병렬연결에서 합성저항 𝑅12 = ? 1 𝑅12생활 속 과학의 발견
고압선 위의 참새
높은 전류가 흐르는 고압선 위의 참새는 왜 감전되지 않을까? 만약, 사람이 참새가 앉아있는 고압선에 두 팔로 매달리게 되면 이 사람의 운명은? - 지구 자전속도는 위도에 따라 다름. 왜냐하면 지구는 구형이라 위도면에 둘레의 길이가 다르기 때문. - 지구 자전속도는? • 위도면의 둘레를 24h에 한 바퀴 돌기 때문에 둘레길이를 24시간으로 나누면 됨. • 적도에서의 자전속도는? 적도면의 반지름 = 약 6400km 정도 이므로, 지구자전속도(V) = 2 * 3.14 * 6400km / 24h = 1675km/h 태풍의 판정기준: 국제선 비행기 평균속도: 속도: 17.2 m/s 이상 900km/h 지구자전 I
지구는 얼마나 빠르게 자전 할까?8
지구자전 II
지구가 서에서 동으로 자전하므로 비행기를 타고 서울상공에 떠있기만 해도 런던상공에 도착할 수 있지 않을까? - 지구 자전 속도: 약 1600km/h (국제선 비행기 평균속도의 1.8배) - 하늘에 떠있어 가만히 있다 해도 지구의 속박에서 완전히 벗어나지 못한다. 즉 지구를 둘러싸고 있는 대기 속에 휩쓸려 그 속박을 벗어나지 못한다 (관성계). - 지구상 모든 물체는 대기를 포함한 지구라는『관성계』안에 있기 때문에, 지상에 있을 때와 같이 대기 중에 그대로 떠있기만 해도 지구와 함께 돌게 된다. - 만약 대기가 지구와 함께 회전하지 않고 가만히 있다면? • 지구 위에 서있는 사람은 강한 바람을 대하는 것과 똑같이 대기를 감각할 것이다. • 태풍의 속도: 17.2m/s (= 62km/h) 이상 달리는 열차
달리는 열차 위에서 뛸 수 있을까? - 열차가 등속직선운동을 하고 있는 경우: 1) 열차와 같은 속도로 뛰고 있으면? 2) 열차 보다 빠르게 달릴 수 있다면? 달리는 열차 안에서는? 달리는 열차 속으로 날아든 참새는 어떻게 될까? - 도로 위에서 정지비행을 하던 참새가 달리는 열차의 창문을 통해 들어 온 경우? - 도로 위에서 열차와 같은 속도로 날다가 창문을 통해 들어 온 경우? - 등속직선운동을 하고 있는 열차 안에서는 열차의 속도와 관계없이 빠르게 또는 느리게 이동이 가능함. - 열차 안의 모든 것(공기포함)은 열차와 같이 운동하고 있음. 마치 지구자전 시 대기 중에 모든 것이 지구와 같은 속도로 도는 것과 같은 이유 (관성계).10
물속에 손가락을 넣으면...
- 이 위로 향하는 부력은 결국 물이 주고 있는 것이므로 뉴턴의 작용 반작용의 법칙으로 물이 아래방향으로 똑같은 크기의 힘을 주고 그것이 저울의 바늘을 움직인다. - 물속에 손가락을 넣으면 저울에 나타나는 무게는? (1) 감소한다 (2) 증가한다 (3) 그대로 있다 - 정답 : (2) 증가한다. 무게가 얼마 만큼 증가 할까?
- 물 속에 들어 있는 손가락의 부피에 해당하는 물의 무게만큼 증가한다. - 물 속에 들어 있는 손가락은 아르키메데스의 원리에 의해 물 속에 든 물체의 부피에 해당하는 물의 무게만큼 아래쪽의 부력을 받는다.- 2200년 전 그리스 수학자 아르키메데스: 목욕을 하다가 물이 가득 찬 욕조에 몸을 담그면서 자기 몸 때문에 불어난 물을 보고 순간적으로 자기 몸과 넘친 물의 양 사이의 상관 관계가 있다는 것을 발견함.
아르키메데스원리 I
새 왕관이 순금으로 된 것인지 은이 섞였는지를 조사하라! - 열을 계속 가하면, 만두 속에 포함되어 있던 수분이 기화하기 시작하고, 만두의 부피가 늘어나 만두 밀도가 적어지고 반면에 부력은 늘어나 만두가 뜨게 된다. - 아르키메데스는 어떻게 이 사실을 통해 왕관에 은이 섞였는지를 알 수 있었을까? - 힌트: 금과 은의 밀도가 다르다. 익은 만두가 물에 뜨는 이유는? - 만두를 물이 담긴 솥에 넣을 때, 만두의 밀도는 물의 밀도보다 높고, 만두 부피에 의한 부력 또한 만두자체의 무게보다 적으므로 처음에는 가라앉는다.12 유체압력 전달의 원리 『밀폐된 관 속의 비압축성 유체의 어느 한 부분에 가해진 압력의 변화가 유체의 다른 부분에 그대로 전달된다.』 밀폐된 관 속 피스톤에 작용하는 압력은 그 장치의 다른 피스톤에도 동일한 압력으로 작용한다 (
