[공학나라] 기계 공학 기술정보

충돌

반발계수 e : 충돌후상대속도 / 충돌전상대속도  

e = 0  : 완전 비탄성 충돌

충돌 후 한 덩이, 운동에너지 보존되지 않음.

0 < e < 1 : 불완전탄성충돌

운동에너지 보존되지 않음.

e < 1 : 완전 탄성 충돌 

충돌 운동에너지 보존됨, 충돌 전/후의 운동에너지가 같다.

※ 주의점 : 운동량은 반발계수와 상관없이 항상 보존됨

질점의 운동에너지와 위치에너지

▶ 운동에너지 (kinetic energy, U)

병진 운동 : (단위 : J)

회전 운동 : (단위 : J)

 : 질량 관성 모멘트

▶ 위치에너지 (potential energy, V)

중력에 의한 위치에너지 

(단위 : J)

W : 무게, m : 질량, g : 중력가속도, h : 높이

스프링에 의한 위치에너지

(단위 : J)

k : 스프링 탄성계수, x : 중립점에서의 변위

일과 에너지 법칙

▶ 일 (work, U ) 

병진 운동 : 힘 (F ) x 힘의 방향으로 이동한 거리 (s ) 

(단위 : J = N m)

회전 운동 : 토크 (T ) x 회전각 (θ) 

(단위 : J)

▶ 일률 (power, H ) = 단위 시간당 일

병진 운동 : (단위 : N m / s = J / s = W)

회전 운동 : 

▶ 에너지 보존의 법칙

보존력만 작용하는 경우 운동에너지와 위치에너지의 합은 일정하다 (보존됨).

※ 보존력 : 경로에 따라 힘에 의한 일이 바뀌지 않는 경우 (예:스프링 탄성력, 중력)

※ 비보존력 : 경로에 따라 힘에 의한 일이 바뀌는 경우 (예:마찰력)

충격량과 운동량 법칙

▶ 충격량

뉴턴의 제2법칙  을 시간에 대해 적분하면

 : 충격량 (단위 : N s)

 : 운동량의 변화량 

※ 운동량의 변화량 = 충격량

▶ 운동량 보존의 법칙

예) 충돌 전의 두 공의 운동량의 합 = 충돌 후의 두 공의 운동량의 합

이종 금속 접촉 부식 (galvanic corrosion, 갈바닉 부식)

스테인레스 볼트 (+, cathode, 음극) 주위의 아연 도금된 연강 (mild steel, -, anode, 양극) 이 부식된 그림

이종 금속을 서로 접촉시켜 부식환경에 두면 두 금속 사이에 전위차가 발생하여 전자를 교환하여 비교적 빠르게 부식된다.

이종금속접촉부식 또는 전지작용부식이라고도 한다. 전기 화학적 과정이며 접촉면에 인접할수록 부식이 심해지는 특징이 있다.

방지법

두 금속을 서로 전기적으로 절연시킬것 (전기적으로 연결되어 있지 않으면 이종금속접촉 부식은 일어나지 않는다.)

아래 양극표에서 전위차가 가능한 적은 조합이 되게 금속을 배치할 것

전기 도금은 부식에대한 저항성을 높임.

양극의 면적보다 음극의 면적을 작게 할 것.

두 금속보다 전위가 낮은 제3의 금속 (희생양극) 을 부착할 것 

양극표

(아래는 금에 대한 상대적인 전위를 나타낸 표이다.)

아래 표에서 위에 있을 수록 전위가 높은 + (cathode, 음극) 이고 아래에 있을 수록 전위가 낮은 - (anode, 양극) 이다.

이종금속이 접촉해 있을 때는 양극이 부식된다.

  

이상기체의 상태 방정식 (ideal gas law)

일반적인 형태

P : 압력 (SI 단위계에서는 Pa)

V : 부피 (SI 단위계에서는 m^3)

n : 몰 수 (moles number, SI 단위계에서는 moles)

R : 이상 기체 상수 (=볼츠만 상수 x 아보가드로 상수, 8.314 J/(K mol))

기체의 종류와 무관한 값이다.

T : 절대 온도 (SI 단위계에서는 Kelvin = 섭씨온도 + 273.15 )

몰 형태

ρ : 밀도

M : 몰 질량 (Molar mass)

건조 공기의 경우 28.9645 g/mol

Rspecific : 특정 기체 상수 (R/M) 

건조 공기의 경우 Rspecific = 287.058 J/(kg K)

기체에 따라 다르다.

웨버 수 (Weber number, We)

유체역학에서 사용되는 무차원 수로 표면장력과 비교하여 유체의 상대적인 관성을 나타내는 수이다. 이 양은 얇은 두께의 흐름과 방울이나 거품의 형성을 분석하는데 사용된다.

정의

 : 밀도

 : 속도

 : 특성 길이 (보통 액체 방울의 직경을 사용한다.)

 : 표면장력 (surface tension)

아래 그림은 벽돌을 물에 던졌을 때 물이 튀는 현상이다. 이런걸 분석하는데 Weber 수가 사용되기도 한다.

참고문헌

https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_number