기계공학 취준일기 전공편 4일차 유체정역학3(부력과 안정성)

6. 부력과 안전성

 

6.1 부력(buoyant force)

 

부력이란 어떠한 물체가 유체에 잠겼을 때, 중력과 반대 방향으로 힘을 받아 떠오르게 하는 힘을 의미한다.

 

이때, 부력의 크기는 물체가 밀어난 유체의 부피에 해당하는 무게와 같다.

 

(a)의 자유 물체도를 그리면 (b)로 표현되고, P1, P2, P3, P4는 육면체에 자굥ㅇ하는 힘이고 W는 유체 체적의 중량이며

 

Fb는 물체가 유체에 가하는 힘이다. 이들을 평형식으로 표현하면 

으로 표현할 수 있다. 위로 올라가는 방향이 +이므로 위와 같은 식이 나온다.

 

좀더 자세히 보자

 

작용하는 압력은 크게 4개지 이다.

와 같이 표현할 수 있다. 여기서 압력은 위로 작용하는 것이기에

 

가 된다. 압력과 힙의 관계는 F=PA이므로 아래와 같이 된다.

 

 

여기서 A는 물체의 밑면의 넓이이다.

 

마지막으로 비중량이 일정하다면 다음과 같은 식이 도출된다.

 

부력의 크기는 물체에 의해 배제된 유체의 중량과 같고 수직방향으로 위를 향한다. 부력의 작용선 위치는

 

자유물체도의 힘들을 적당한 축에 모멘트를 취함으로 구할 수 있다. 이를 계산하면 (c)와 같이 부력이

 

배제된 체적의 도심을 지난다. 이 점을 부력중심이라고 한다.

 

6.2 안전성

 

좋은 자료가 있어 가지고 왔다.

출처 http://www.astronomer.rocks/news/articleView.html?idxno=86142

 

간단하게 설명하면 무게중심이 부력중심보다 아래에 위치하엿을때 전복될시 복원 모멘트가 발생하여 안정성이 높아지고,

 

출처 http://www.astronomer.rocks/news/articleView.html?idxno=86142

 

 

무게중심이 부력중심보다 위에 위치하였을 때엔 전복될시 전복모멘드가 발생하여 전복이 가속된다.