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궁금한게 생겼는데 물리 잘하시는 분 알려주세요

중고등학교때 배운거 다 까먹고 아무것도 기억이 안나서 여쭤봅니다. 요 며칠 쓸데없이 궁금한게 생겨서요.
question.png
위 사진과 같이 두 물통이 있는데 하나는 구멍이 큰 구멍, 또 하나는 작은 구멍이 여러개 있습니다.
양쪽 구멍의 총 면적이 같다라는 전제하에, 같은 양의 물을 부었을 경우(중력) 같은 속도로 물이 내려가는지 한쪽이 더 빨리 내려가는지 궁금합니다.
더불어 유속의 경우도 차이가 있는지 궁금합니다.
제가 이해를 할지 모르겠지만 가능하다면 수학공식으로도 설명해주시면 더 감사하겠습니다.
댓글
  • ㅁ성운 2018/06/05 17:49

    물의 표면장력이 영향력을 미칠정도로 작은 구멍일때와 아닐때 다를거 같습니다.

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  • manylife 2018/06/05 17:55

    네이버에 '베르누이의 정리' 검색해 보세요 ㅎ

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  • Takemind 2018/06/05 18:07

    그냥 전 간단하게 생각했습니다.
    지름 10인 구슬 1개와 지름 1인 구슬 10개가 양쪽에 있다
    동시에 구멍이 열리면서 떨어지는 경우와 같다는 생각이 들며...
    이경우... 한쪽에서는 1개가 다른한쪽에서는 10개 동시에 떨어지기에...같은 속도로 줄어들것이며
    구슬이 크든 작든.. 떨어지는 속도는 같기에 유속도 같을꺼라 생각됩니다.

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  • 내사진의온도_36.5˚ⓒ 2018/06/05 18:14

    좀 쉽게 설명을 드리면...
    구멍의 총 면적이 똑같다면, 유속은 물이 흐를 수 있도록 해주는 압력에만 영향을 받습니다. 근데 위 질문에서 압력과 가장 연관이 많은 건 물의 중량과 중력가속도 입니다. 고로... 압력은 constant....
    그러면 면적에만 영향을 받고 면적마저 똑같다면 유속도 같아야 하는 데, 위에 성운님께서 말씀하신대로 액체는 응집력이 있고 표면장력이 있어서 그영향을 받게 되죠. 그림처럼 뚫려있는 경우는 아마도 거의 영향을 무시할 정도가 될 수 있지만, 없다고는 못하죠.
    그래서 수학이든 물리학이든 계산의 편의를 위해서 계산하기 어렵거나, 미미한 변수를 동일하다고 보거나, 없다고 본다는 방식을 사용합니다.
    압력이 어떻게 똑같다고 보느냐 하는 것은 베르누이의 정리에서 나오는 데요.
    쉽게 이야기하면, 물이 가지는 위치에너지랑 압력이 연관이 있다는 거예요. 통의 모양이 같다면 갖고 있는 에너지도 동일.
    그래서 여차저차해서 압축해서 쓰면 위 두분의 말씀대로 되는 거죠. ㅎㅎㅎㅎㅎ
    제 대답이 제발 맞기를 ㅎㅎㅎㅎㅎ

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  • 달빛태양 2018/06/05 18:21

    중고등학교범위에서는 속도가 같은게 맞을것이고,
    대학교범위에서는 구멍이 작을수록 표면장력의 영향력이 강해져서 작은구멍인 경우가 물이 아래로 흐르는데 방해하는 힘을 받을텐데, 윗분들 말씀대로 상황별 가정에 따라 결론이 다를거예요. 베르누이정리를 쓸 상황이면 점성을 무시하기때문에 표면장력을 고려하지않는다는 가정일때는 유속은 같습니다. 실생활일 경우에는 표면장력의 영향력으로 구멍 여러개 뚫은게 유속이 느릴것 같네요.

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  • 코끼리주유소 2018/06/05 18:46

    와.. 존나 가만히 있어야겠;;;ㄷㄷㄷㄷ
    니콘동에 역시 전문가분들이 많으시군요 ㅎㄷㄷ

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  • FOURSTAR 2018/06/05 18:52

    아 머리야 ㅠㅠ
    다들 윽시 공부들 잘하셨나봅니다.

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  • 빗물세차 2018/06/05 19:43

    유체는 아니지만 전기에서 전류와 많이 비교를 하므로 여기서 유추를 해보면
    R = ρ l/S 이므로 구멍의 총 면적이 같으면 저항은 같습니다. 그리고 중력이 동일하면 전압이 동일한 것이므로 V = IR 에 따라 전류는 서로 같습니다. 그래서 동일한 물의 양이 떨어지지 않을까요?
    이상 중학교 수준 물리에서 생각해봤습니다.

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  • 언제나해피엔딩 2018/06/05 21:46

    전 물리 하나도 모르는 상경대출신인데. 왼쪽이 더 빠를거같아요. 나오는 구멍의 벽면이라고 해야되나. 그게 아무리 얆더라도 약간의 마찰이나 저항을 발생시키지 않을까요?

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  • [D750]흙손 2018/06/05 22:02

    똑같다고 보시면 됩니다. 원래 작은 구멍이 많을수록 단면적이 넓어서 더 빨리 떨어질텐데 말씀하신게 단면적이 동일하다는 하에 말씀하신거니까 같다고 봐야죠, 표면장력 같은 변수를 생각하기에는 너무 깊이 들어가는거 같네요,

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  • Bach 2018/06/05 22:04

    공기 구멍과 난류를 생각한다면 2번에 한표 던집니다.

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  • awake 2018/06/05 22:05

    유체역학이 피사의 사탑에서 사과 떨어뜨리는 건 줄 아시나..
    왼쪽이 더 빨리 떨어집니다 저항이 적어요..

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  • Comespring 2018/06/05 22:07

    화살표 크기가 첫번째 이미지가 더 크기 때문에 물이 더 빨리 많리 떨어집니다.

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  • 디지겠네 2018/06/05 22:09

    가능한 이상적인 경우에 대해 설명드리면, 연속방정식, 그러니까 질량보존의 관점에서 이해하시면 됩니다. 좌측 구멍의 면적을 A1 이라 하고, 우측 구멍들의 합을 A2 라 가정합니다. 구멍을 통해 단위시간당 유출되는 물질량을 (물의 밀도)*(구멍 면적)*(유출 속도) 로 정의할 수 있습니다. 어디까지나 이상적인 경우에서 말입니다. 유출되는 속도는, 위에서 다른 분들이 말씀해주신 대로, 유출지점과 물통 수면 각각 두 포인트를 잡고, 이를 바탕으로 유선(Stream line)을 적절히 그린 다음 손실이 없는 경우에 대한 베르누이 방정식을 적용하면, 유출속도는 동일하게 얻어지게 됩니다. 종합하면, (물의 밀도)는 동일하다 볼 수 있고, (구멍 면적)은 동일하다 하셨으며, (유출 속도)는 베르누이 방정식에 의해 같은 값이 얻어지니, 이들이 조합된 "물질의 유출율" 즉 물이 빠져나가는 속도는 동일하게 되는 것입니다.

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  • 디지겠네 2018/06/05 22:10

    rho_water*A1*V1=rho_water*A2*V2, rho_water를 양 변에서 소거하면, A1*V1=A2*V2 여기서 A1=A2, V1=V2.

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  • 디지겠네 2018/06/05 22:16

    샤프한 곳을 지날때의 손실정도, 물의 표면장력, 점성 등에 대한 유체역학 관점에서의 이해가 필요하기 때문에, 요정도 선에서 이해하시고 실제로는 좌측이 더 효율이 좋겠구나(흘러 나가는 유속이 빠르겠구나)하고 받아들이시면 될 것 같습니다.

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  • 디초짜 2018/06/05 22:14

    수력반경과 관련이 있을 듯 하고 왼쪽 유속이 빠를 것으로 생각됩니다.

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