유체역학

개요

유체는 전단응력이 작용하면 계속 변형되는 물질이며, 액체와 기체를 포함한다. 유체역학은 유체를 분자의 불연속 집합이 아니라 연속적인 물질로 보는 연속체 가정을 쓰며, 이 가정에서 밀도와 압력 같은 물리량은 공간의 모든 점에서 정의되는 연속 함수이다. 연속체 근사의 적절성은 레이놀즈 수가 아니라 평균 자유 행로를 대표 길이로 나눈 크누센 수(Kn = 평균 자유 행로 ÷ 대표 길이)로 평가하며, 평균 자유 행로가 대표 길이보다 충분히 작을 때 근사가 유효하다. 차원 및 단위에서 차원은 물리량의 종류를 나타내고 단위는 그 크기를 재는 기준이다. 차원은 질량(M), 길이(L), 시간(T)을 기본으로 하며 힘(F)을 기본차원으로 쓰는 방식도 있고, 단위는 SI 단위계를 기준으로 쓴다. 점성법칙인 뉴턴의 점성법칙은 전단응력이 속도 구배에 비례한다는 법칙으로, 식으로 쓰면 τ = μ(du/dy)이다. 이때 비례 상수 μ가 점성계수이며, 점성계수를 밀도로 나눈 값이 동점성계수이다. 유체의 기타 특성에서 밀도는 단위 부피당 질량이고, 비중은 물질의 밀도와 4℃ 물의 밀도의 비이다. 압축성은 압력 변화에 따른 체적 변화의 정도이며, 액체는 대체로 비압축성으로 취급한다. 표면장력은 액체 표면이 면적을 줄이려는 성질이고, 증기압은 액체가 증발하여 기체와 평형을 이루는 압력이다.