51.물의 지름이 0.4 m 인 노즐을 통해 20 m/s 의 속도로 맞은편 수직벽에 수평으로 분사된다. 수직벽에는 지름 0.2 m 의 구멍이 있으며 뚤린 구멍으로 유량의 25%가 흘러나가고 나머지 75%는 반경 방향으로 균일하게 유출된다. 이때 물에 의해 벽면이 받는 수평 방향의 힘은 약 몇 kN 인가?

해설

노즐에서 나오는 유량을 Q1=AV라고 하면 수직벽에 부딪히는 유량 Q2=(0.75)Q1입니다. (25%는 구멍을 통해서 빠져나가기 때문) 따라서 벽이 받는 수평 방향의 힘 F= 밀도*V*Q2 = (1000kg/m^3) * (20m/s) * (0.75)Q1 = 37.7kN 여기서 V는 노즐로부터 나온 속도입니다. 참고) 노즐로부터 나오는 힘의 크기를 F1 평판의 구멍에서 빠져나가는 유량에서의 힘을 F2로 잡고 작용하는 힘 F = F1-F2 (F1의 힘이 F만큼 작용하고 F2는 빠져나가기 때문) 의 식으로 풀어도 동일한 답이 나올 것으로 예상됩니다.