[물리1] 유체의 압력에 관해
게시글 주소: https://iu.orbi.kr/00021769541
압력은 일정 면적에 가해지는 힘 (힘/면적)=(F/A)이다.
이 때, 기둥에서의 유체의 압력은
(중력가속도*유체의 무게/면적)
=(중력가속도*유체의 밀도*유체의 부피/면적)
=(유체의 밀도*중력가속도*유체의 높이) 가 된다.
흔히 아는 P=pgh(p는 밀도) 의 식이 유도된다.
그렇다면, 이 16년(15년 시행) 수능 18번 같은 문제상황에서의 압력은 어떻게 정의가 되나?
많은 개념서에서는 그냥 P=pgh의 식을 아무런 용기에나 때려넣으라고는 하지만,
저 공식은 기둥에서만 성립하는 공식이 아니었던가?
그렇다고 원론적인 P=F/A의 식을 적용하자니,
기체 위에 올려진 물체들의 무게는 같고, 대기압은 일정하니까 (가)와 (나)의 압력이 같으므로
ㄷ 선지를 맞다고 잘못 판단하게 될 수 있다.
이 문제가 오답 이의제기를 당한 것도 위와 같은 생각이 만연했기 때문이다.
그렇다면, '기둥이 아닌 용기'에 담긴 유체의 압력은 어떻게 계산해야 옳은가?
핵심은 P=F/A에서 F가 위에 올려진 물체들의 무게의 합이 '아니라는' 것이다.
이해를 돕기 위해, 평가원의 이의제기 답변을 한번 보도록 하자.
벽면이 기둥이 아닐 때에는, 벽이 유체를 누르는 힘이 생긴다는 것이다.
벽면이 지평면과 수직일 때, 즉 기둥일 때는 벽면이 누르는 힘을 고려하지 않아도 되었지만,
기둥이 아닐 때는 벽면이 유체를 위로, 혹은 아래로 누르는 힘을 고려해야 한다.
???: 그럼 그 힘은 어떻게 구하라는거임?? 교과서에 없잖;;
정확하다. 그래서 문제에서 유체가 '베르누이 법칙을 만족한다.'는 조건을 내단 것이다.
유체가 베르누이 법칙을 만족하고, 위와 아래의 유체의 이동속도가 둘 다 0이므로,
유체의 윗부분과 아랫부의 압력의 차이는 베르누이 방정식에 의해
(P아래-P위)=pgh가 되는 것이다.
더욱 직관적인 해석을 위해, 여러가지 모양의 용기를 상상해보자.
(출처: zum 학습백과)
D의 상황에서, 점 바로 위의 수평으로 있는 벽면은 유체에 의해 자신 위의 유체의 압력에 해당하는 힘을 받는다. (파스칼 법칙에 의해)
그 반작용으로, 점 위의 벽면은 그와 같은 압력을 자신 아래의 유체에 가한다.
벽면이 가하는 힘과 점 위의 유체가 가하는 힘이 합쳐져 D에서의 점에 가해지는 압력은 A와 같게 되는 것이다.
B와 C의 상황에서도, (면 위의 물의 무게/면적)의 크기는 서로 상이하지만,
벽면이 누르는 힘이 합쳐져 결과적으로 두 지점의 압력은 같게 되는 것이다.
(B,C와 같은 상황은 경사면을 수많은 수직면과 수평면의 합으로 생각하면 쉽게 생각할 수 있다.)
이와 같은 사고방식을 가지고 18학년도(17년 시행) 수능 물리I 20번을 풀어보도록 하자.
풀어본 사람은 알겠지만, 이 문제의 풀이의 핵심은 (가)와 (나)에서의 A,B의 유체의 압력 차이가 (추의 무게/S)로 일정하고,
그에 따라 (가)와 (나)에서 유체의 높이 차이(P=pgh의 차이가 동일하므로)가 동일하다는 것이다.
???: (나)에서 물체가 떠있으니까 P=F/A 적용해서 P=pgh가 되는 건 알겠는데,
왜 (가)에서는 물체가 떠있지도 않고, A에 유체만 있는게 아닌데 P=pgh를 적용함?
(가)의 A에 유체만 있는 것은 아니지만, 물체 밑의 실이 물체를 잡아당기고 있다는 것이 핵심이다.
실이 물체를 잡아당김과 동시에, 물체는 그와 동일한 힘으로 자신 밑에 있는 유체를 누르고 있다.
그 힘은 (부력-물체의 무게)=(물체의 위, 아래의 유체의 압력 차이-물체의 무게)이므로,
결국 물체는 자신 밑의 유체를 자신 주변의 유체와 같은 힘으로 누르고 있는 것이다.
즉, (가)의 정적인 상황에서는 압력을 계산할 때 물체를 유체의 한 덩이로 봐도 괜찮다는 것이다.
(결국 그냥 P=pgh를 적용하라는 얘기다. 웬만하면.)
결론적으로 당연한 얘기를 뱅뱅 돌아 설명한 것 같아보여도,
그냥 공식만 때려넣는 방법으로는 수험장에서 막상 적용할 용기가 나지 않을 수 있다.
직관적인 이해를 통해 수능장에서 지식을 멋있게 적용할 용기를 기르도록 해보자.
0 XDK (+0)
유익한 글을 읽었다면 작성자에게 XDK를 선물하세요.
-
오뿌이들 파이팅입니다
-
수시러들아 솔직히 수능보다 내신이 더 떨리지 않았냐 1
작수 볼때 ㄹㅇ 하나도 인떨였던데
-
내 문학 실력이 는게 느껴진다 헤헤헤헤
-
輕聽 가벼울 경 들을 청 가볍게 듣다 우리 모두 경청의 자세를 가져보아요 :)
-
유체 그래프 (수특) 이해한게 맞는지 봐주실수 있을까요? 0
수특(독서)에 유체관련해서 빙엄유체는 전단응력이 일정값이상이어야 흐르니까 그래프가...
-
뉴런 질문 0
제가 지금 시냅스가 없고 뉴런이랑 수분감만 있는데 뉴런에 있는 개념들 수분감으로 체화되나요?
-
사실 현대소설이 훨씬 어려웠는데
-
더프나 강대k나 …
-
응 군수 포기함 0
다음주에 제주도 1주일 놀러갈거야 응 공부안해
-
그럼 깔끔하게 9모까지 뉴런까지만 확실히 마치려고 하는데 궁금.
-
인물이 도대체 몇명인 거야 이걸 다 공부해야 할까
-
어때? 확실히 원리같은게 느껴짐??
-
인생조언? 이런게 심해지면 가스라이팅이라생각하는데 어디서부터가 가스라이팅일까
-
개꿀ㅋㅋ
-
사관컷 1
작년컷이나 올해 예상컷 알려주실분 추합 노려야할 수준이라ㅠㅠ
-
안녕하세요 수능준비를 하다가 짬짬이 입시에 대해서 아예 모르시는 학부모님들과 막...
-
전 일단 “만약” 철수하면 이민갑니다
-
그릿 해설 3
빠른답지만 있나요?
-
왜 다운증후군이나 염색체 돌연변이 통계 보면 항상 산모 나이 기준일까요
-
전공의 "안 가요", 교수들 "안 가르쳐요"…묘안 못 찾는 정부 3
정부가 오는 9월부터 수련할 하반기 전공의 모집에 들어갔지만 실제로 지원하겠다는...
-
언매 퀴즈 2
'나는'의 '는'과 '난'의 '-ㄴ'은 서로 이형태 관계이다. (O / X)
-
도쿄 갔을 때 밥이랑 술 얻어먹음 ㅅㅅ 그냥 사람이 안전불감증만 있는 삶인듯;;
-
6평 43431(화미사탐) 인데 러셀 갈까요 잇올이나 이투스247(독재) 갈까요...
-
평가원 기출을 8월 초반에 끝낼거같은데 그 후에 어떤걸 푸는게 더 좋나요?
-
https://orbi.kr/00061306686/%3F%3F:-%EA%B2%B0%E...
-
님들은 인터넷친구있음? 14
게임할때 거의 같이하거나 그런?
-
헉! 3
-
걍 내가 재능있다고 믿으면 재능 있는 거다
-
난 당신을 생각해요
-
어렵지만 맛있다 3
-
아무리 개형 생각해봐도 제가 그린 개형밖에 없던데 문제는 이게 (나)조건에 위배되서 ㅠㅠ
-
올해 국수에 올인했어서 영탐 유기했어요 언미물생이고요 원점수 94 93 68 45...
-
원점을 지나는가 자명하다 (??)
-
둘다 붙으면?
-
연대 교과 0
내신 1.38에 z점수 1.6 기계공학 어떤가요 ?
-
잘 안 보이네요 작년 이 맘때 즈음엔 실모 후기나 질문글 되게 많았었는데 올해는 잘...
-
일단 개념을 배워도 막 와닿지가 않음. 교제 연습문제를 보니 그래도 할만한 것...
-
셋중에 뭐가 제일 어렵나요?? 그리고 셋중에 뭐가 젤 쉬운지 댓글로 알려주시면 감사하겠습니두
-
닉변 완료 1
홈런볼 사냥꾼
-
에필로그 2에는 독서지문은 없나요?
-
굿모닝 10
뚯뚜루~
-
3000부 판매신화 기록 지구과학 핵심모음집을 소개합니다. (현재 오르비전자책...
-
정원 급격히 늘린 의대들은 수업, 실습 제대로 돌아갈 수 있을까요? 6
인서울, 연세대 원주, 인제대를 제외하면 대부분의 학교들이 수십명 단위로 증원을...
-
스카 1등 출근 3
다들 이시간까지 자노..
-
이번 수능에 등급컷이 그리 높지만은 않을 수도 있을 거 같아요 3
작년에는 중하위권들도 킬러 배제라 그래서 N수생이 역대급이 되어버린 게 아닐까...
-
여캐일러 투척. 4
수능 만점 기원 10일차
고정1도 헷갈려할 만한 개념을 잘 풀어 쓰셨네요! 저도 이거 첨에 이해하느라 머갈통 깨지는 줄;;
로우 써주시지 ㅋㅋ d로보니까 헷갈린다계속
그리스문자는 삽입이 안되더군요... 복붙넣을라캐서 그런가
소문자p를 기울여서 수정해봤습니다. 그럴싸한가요?ㅋㅋ
오우 수정좀 할줄 아는놈인가? 감사합니다
분명히 공부할때 풀었었는데 수능치니까 글 읽기도 힘듬..
저거 배기범도 한번 말하던데
배기범 강의는 듣지 않는다만... 그렇군요
전달력이 엄청 나네요..
감사합니다!