해설 보기
정답Ma = 0.5는 1보다 작으므로 아음속(subsonic) 영역에 해당합니다.
핵심 개념
Mach 수(Ma)와 아음속·음속·초음속의 구분 기준
Mach 수는 유체의 유속(u)을 그 조건에서의 음속(a)으로 나눈 무차원수로, Ma = u/a 로 정의됩니다. 압축성 유동에서 압축성 효과의 크기를 나타내는 지표이며, Ma < 1이면 아음속(subsonic), Ma = 1이면 음속(sonic, 임계 상태), Ma > 1이면 초음속(supersonic), 통상 Ma > 5이면 극초음속(hypersonic)으로 구분합니다. 일반적으로 Ma < 0.3 정도의 영역에서는 밀도 변화가 작아 비압축성 유동으로 근사할 수 있습니다. 따라서 아음속 영역에 해당하려면 Ma 값이 1보다 작아야 합니다.
선지별 해설
①Ma = 0.5는 유속이 음속의 절반이라는 뜻으로 Ma < 1 조건을 만족하므로 아음속(subsonic) 영역입니다. 정답 선지입니다.
②Ma = 1.0은 유속과 음속이 같은 상태로, 아음속이 아니라 음속(sonic) 또는 임계(천음속) 상태에 해당하므로 아음속 영역이 아닙니다.
③Ma = 1.5는 Ma > 1 이므로 유속이 음속보다 빠른 초음속(supersonic) 영역입니다. 아음속 영역이 될 수 없습니다.
④Ma = 5.0은 Ma > 1을 크게 넘는 값으로 초음속을 넘어 극초음속(hypersonic)으로 분류되는 영역이므로 아음속과는 거리가 멉니다.
해설 보기
정답피토관은 충격관의 정체압과 정압관의 정압 차이로 그 지점의 국부 유속을 구하는 장치입니다.
핵심 개념
국부 유속 측정 장치 – 피토관(Pitot tube)의 원리
유량·유속 측정 장치는 측정 원리에 따라 구분됩니다. 피토관은 흐름 방향을 향한 충격관(impact tube)에서 정체압(전압)을, 흐름에 수직인 정압관(static tube)에서 정압을 각각 측정하고 그 압력차(동압)로부터 u = √(2gcΔP/ρ) 형태의 식을 이용해 그 지점의 국부 유속을 구하는 장치입니다. 즉 관 단면 평균유량이 아니라 특정 점의 속도를 재는 것이 특징이며, 속도 분포 측정에 널리 쓰입니다. 반면 벤투리 미터·오리피스는 단면 축소에 따른 차압으로 전체 유량을, 로터미터는 부자의 높이로 유량을 측정합니다.