(유체역학)베르누이 정리 또...

베르누이 정리란 압력수두+ 속도수두+ 높이수두의 합이 일정한 것을 말합니다.

물론 관마찰과 같은 손실수두가 없다는 가정하에서입니다.



유체가 움직이려면 어딘가에서는 전단력이 작용해야 합니다. 여기서는 유체가 관으로 들어가기 위한 전단력이 뒤에서 밀어주는 압력의 영향으로 발생합니다. 여기까지는 질문자님께서 이해하고 계신 것 같네요.

관에서 유체가 나올때 유속이 느려집니다. 벤츄리관처럼 조금씩 관의 단면적이 조금씩 변하는 관을 생각해 보면 벤츄리관의 목을 지나는 순간 속도는 점점 느려지게 됩니다. 높이수두에는 변화가 없으니 속도가 느려지는 것을 보상하려면 벤츄리관의 앞으로 유체가 나아갈수록 압력이 높아지게 되는 것입니다. 만약 유체가 벤츄리관의 목을 지나는 순간의 단면적의 변화가 급격하게 일어나게 되면 관 안쪽에 진공상태의 소용돌이 현상(vortex)이 발생하게 되고 이것으로 인해 마찰손실이 커지게 됩니다. 다시 말씀드리면, 벤츄리관의 목을 지나는 순간부터 속도가 점점 느려지는 것은 압쪽에서 압력이 더 높기 때문에 속도가 느려지게 되는 것(가상의 압력)입니다.

질문자님께서 예를 들고 있는 소방호스의 경우 소방호스 입구를 지나는 순간 관의 단면적의 변화량이 너무 커져서 물이 지나가는 곳을 제외한 나머지 공간(우리가 숨쉬고 있는 공기)에는 온통 vortex 현상이 가득하게 되고 속도가 굉장히 느려진 상태라고 이해하면 좋을 듯합니다. 물론 공중으로 물이 나가는 것처럼 보이지만 소방호스의 경계를 지난 후 물줄기뿐만 아니라 나머지 공간에도 모두 물이 가득차 있어야 베르누이의 식이 성립하므로 실제로는 물의 움직임이 0이라고 봐야 합니다. 물의 속도가 0이므로 압력에너지가 압쪽이 오히려 증가했다고 볼 수 있는 것입니다.