유체역학(Fluid Mechanics)

유체역학(Fluid Mechanics) - 1

서론 - 유체역학 포스팅을 시작하는 이유

4대 역학( 고체역학, 동역학, 열역학, 유체역학) 중에서 가장 난해하고 어렵다는 유체역학. 하지만 기계공학 전공자라면 반드시 정복해야 할 과목이기도 합니다. 유체역학의 전반적인 내용을 정리하면서, 다시 복습할 겸 글을 쓰게 되었습니다.

유체역학이 어렵긴 하지만 학부 수준의 경우 아주 어렵지는 않습니다. 저는 기본 개념과 이론 및 공식을 간략하게 짚고 넘어가는 정도로 포스팅을 할 예정입니다.

이 포스팅의 추천 대상

ⅰ) 유체역학을 배운 적이 있지만, 까먹어서 개념 복습이 필요한 사람.(글쓴이 본인)

ⅱ) 유체역학을 배울 예정이거나 관심이 있어서, 깊지 않은 수준의 배경지식이 필요한 사람.

유체역학이란?

'유체'에 대한 '역학', 즉 정지하고 있거나 운동 중인 유체의 거동(움직임)과 관련된 학문입니다.

유체가 정지하고 있다면 유체 정역학(fluid statics), 움직이고 있다면 유체 동역학(fluid dynamics)으로 구분할 수 있습니다.

유체 정역학은 유체역학의 기본으로 중요한 부분이지만, 전 범위에서는 유체 동역학이 훨씬 많은 부분을 담당하고 있습니다. (당연히 훨씬 어렵습니다..) 그렇기 때문에 '유체역학' 이라고 하면 보통 움직임을 다루는 유체 동역학을 말합니다.

유체의 정의

유체역학의 탐구 대상은 유체입니다. 그렇다면 '유체'란 무엇일까요? 또, '고체'와 '유체'의 차이란 무엇일까요?

대부분의 사람들은

" 액체나 기체가 유체다. ", " 유체는 형태가 없다. "

" 고체는 단단하고 잘 변하지 않지만, 유체는 부드럽고 쉽게 변한다. "

라고 막연하게 이해하고 있습니다.

물론 틀린 설명은 아니지만 이는 유체의 성질이나 종류에 대한 묘사일 뿐, 유체의 정의는 아닙니다.

유체역학에서 정의하는 유체는 다음과 같습니다.

유체 : 전단응력이 작용함에 따라 형태가 연속적으로 변형되는 물질. (전단응력의 크기와는 상관없이)

고체와 유체의 차이점은 전단응력이 가해졌을 때 어떻게 변형하는가로 명확하게 구분할 수 있습니다.

고체는 전단응력을 받아도 처음에는 변형(보통 매우 작은 변형)이 일어나지만 이에 저항하여 지속해서 변형이 일어나지는 않습니다.

하지만 유체는 전단응력에 저항하지 못해 형태가 계속해서 변하게 됩니다.

여기서 전단응력이란 물체의 표면에 접선 방향으로 힘을 받을 때 발생하는 응력을 말합니다.

전단응력에 대한 자세한 내용은 추후 고체역학 파트에서 자세히 설명하도록 하겠습니다.

오늘 내용 정리

1. 유체역학은 정지하고 있거나 운동중인 유체의 거동에 대해서 연구하는 학문이다.

2. 유체는 힘의 크기와 무관하게 전단응력이 작용하면 형태가 연속적으로 변형되는 물질이다.

유체역학(Fluid Mechanics) - 2 유체의 성질(Fluid Properties) (0)	2023.04.02