베르누이 법칙의 직관적인 이해

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베르누이 법칙의 직관적인 이해앱에서 작성

ㅇㅇ(121.167) 2023.11.10 01:02:23

조회 315 추천 0 댓글 0

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베르누이 법칙은 유속이 빠를 수록 압력이 작아진다는 법칙이다

여기까지가 학교에서 배우는 것이고 단순 암기하므로 이해가 가지 않은채 공식만 적용해서 풀 것임

여기서 나오는 압력은 어떤 압력일까

보통 수압은 수영장 속에 들어가면 사방에서 누르는 힘이 느껴지는 그 힘이다

근데 흐르는 물의 경우 그 흐름이 느껴질 거다

거센 물살속에 들어가면 그 압력이 더 크게 느껴질거다

즉 베르누이법칙에서 말하는 압력은 이런 압력이 아니다

파이프의 벽면에서 느껴지는 압력이 베르누이에서 말하는 압력이다.

그렇다면 유속이 빠르면 왜 벽면에 압력이 약해질까?

이것은 결과만 놓고 얘기 하기 때문에 직관적인 이해가 어려운 거다

더 본질적인 것은 압력이 아니라 끌어당김이다

유체는 분자간 인력으로 서로 응집하게 된다

그래서 흐르는 유체는 인접한 유체를 끌어당기게 되고 끌려 없어진 부분은 압력이 낮아지게 되는 거다

유체가 빠를수록 더 빠르게 끌고나가고 많이 끌고나가게 돼서 압력도 더욱 낮아지는 거다

여기까지면 거의 다 이해했다고 생각했을 수 있다

그런데 생각을 더 하다보면 모순에 빠지게 된다

상대성이론도 대충 알고 있을거다

흐르는 액체 입장에서 보면 오히려 밖의 액체가 흐르고 자기는 정지해 있다고 할 수 있다

도대체 누가 흐르고 누가 정지해있는 것인가? 왜 한쪽으로만 빨려드는 방향성이 생기는 건가

자동차의 창문을 열고 달리면 공기가 빨려나간다

그런데 사실 밖의 공기는 정지해있고 차가 움직이고 있다

여기서 차이를 만드는 것은 차의 앞뒤가 막혀있다는 것이다 파이프는 앞뒤가 뚤려있고 계속하여 새로운 유체가 공급된다

자동차 밖의 공기도 자동차가 계속 움직이면서 새로운 공기와 만나게 된다

서로 반대로 움직이는 유체는 서로를 끌어당기고 서로를 자신의 진행방향으로 가속시킨다

그런데 계속하여 유체가 공급되는 곳은 상대방이 아무리 자기를 반대방향으로 가속시켜도 새로운 유체가 공급되므로 흐름이 유지된다

공급이 없는 유체는 결국 상대방의 진행방향으로 가속되는 것이 쌓이게 되고 상대방의 흐름을 따라가기 수월해진다

이것이 바로 둘의 차이이다 여기서 발생한 차이에 의해 한쪽으로 끌려가는 현상이 발생하는 것이다

---

콴다효과에 의한 공중부양

드라이기로 탁구공을 띄우거나 에어컴프레셔로 스크류드라이버를 띄우는 영상을 본적이 있을거다

공기가 흐르면 주변의 공기를 끌어당겨가기 때문에 그곳은 저기압이된다 그래서 물체는 그쪽으로 당겨지게 된다

근데 이것만으론 공기가 미는 힘에 의해 물체가 튕겨나가지 않는 것을 설명할 수 없다

공기가 곡면 주변을 흐르면 일단 흐르기 때문에 위에 말한 이유에 의해 저기압이 되는데 그 저기압때문에 유체가 물체를 끌어당기게 되고 결국 유체는 곡면을 따라 움직이게 된다.

유체는 한 덩어리로 움직이려는 성질이 있는데

만약 탁구공이 한쪽으로 밀려난다면 밀려난 쪽을 지나는 경로가 더 길어지는데 공기가 한덩어리로 움직이려다 보니 긴경로를 지나는 공기는 빨리 움직여야 한다

그래서 더 저기압이 되고 그쪽으로 탁구공이 당겨지면서 다시 위치를 찾아가며 떨어지지 않게 된다

양옆에 그렇게 저기압이 서로 당겨주기도 하고

위쪽에서도 공기가 밑의 공기를 당겨가기 때문에 저기압이 발생돼서 위에서도 물체를 당겨준다

드라이버의 경우 밑에서 밀어주는 힘만으론 설명이 불가능하다 드라이버가 비스듬이 서있어서 공기가 제대로 받칠 수 없는 구조다

드라이버는 위에서 형성된 저기압이 당겨주고 있는 것이다 그 증거로 드라이버의 상단 모양에 따라 공중부양 여부가 달라진다. 둥그런 형태여야 상단에 공기흐름이 생겨 공중부양이 가능하다

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