호스 끝을 누르면 왜 세게 나갈까, 건물 사이 바람은 왜 셀까
보자:
살짝 누르면 양은 거의 그대로인 채 빨라지고, 구멍을 4분의 1로 좁히면 나오는 양이 줄어든다. 한 순간에는 몸통과 끝으로 같은 양이 지나가서, 끝의 물이 호스 안의 파란 점보다 빠르다. 틀린 것은 누르기 전과 뒤의 양이 같다는 생각이다.
이유:
수돗물을 미는 힘(압력)은 거의 일정하지만, 물은 수도관과 꼭지와 호스를 지나며 그 압력의 대부분을 잃고, 많이 흐를수록 더 많이 잃는다. 끝을 누르면 흐름이 조금 줄어도 끝에 남는 압력은 크게 늘고, 이 압력이 좁은 구멍으로 물을 세게 밀어낸다.
보자:
건물 사이에서도 압력의 차이가 바람을 좁은 틈으로 밀어 넣는다. 색이 밝을수록 빠르고, 흰 화살표는 건물 한가운데 세로줄 위의 바람 빠르기다. 틈의 바람은 들어오는 바람의 약 1.7배로, 틈이 좁아진 만큼인 2.5배에 못 미친다. 이 실험은 위아래 끝이 벽으로 막혀 바깥 길도 틈만큼 빨라지고, 트인 거리에서는 둘 다 이만큼 빨라지지 않는다.
이유:
건물 앞에서는 막혀 느려진 공기를 뒤따라온 바람이 밀어 압력이 높아지고, 틈과 건물 옆은 압력이 낮아진다. 이 압력 차이가 공기를 틈과 바깥 길로 밀어내며 빠르게 하지만, 바람은 건물을 비켜 갈 수도 있어서 틈이 좁은 비율만큼 빨라지지는 않는다.
실제로는
살짝 누를 때 양이 거의 그대로인 것은, 벽 가까이의 물이 끈적임으로 늦춰지고 좁은 길목에서 물살이 휘저어져 물이 오는 길에 수도 압력의 대부분을 잃기 때문이다. 이렇게 잃는 몫이 없다면 끝을 눌러도 양만 줄고 빠르기는 그대로다. 물줄기는 수도 압력만으로 낼 수 있는 빠르기를 넘지 못한다. 실험은 단순한 식으로 계산한 그림(모형)이라, 실제 숫자는 수도와 호스마다 다르다.
높은 건물 둘레에서 부는 센 바람을 빌딩풍이라 한다. 높은 건물 앞면에서는 위쪽의 센 바람이 만든 높은 압력이 바람을 땅으로 내려보내고(내리부는 바람), 이 바람이 밑동과 모서리를 돌며 흔히 길에서 가장 센 바람이 된다. 이 평면 실험에는 내리부는 바람이 없다.
일에서 보면
고압 세척기의 펌프는 수도와 달리 늘 거의 같은 양을 밀어 보내므로, 노즐 구멍이 작을수록 물줄기가 좁아진 만큼 빨라진다. ‘같은 양’이 제대로 맞는 경우다. 높은 건물을 지을 때는 풍동(바람을 불어 넣는 시험 굴) 실험이나 계산으로 둘레 길의 바람을 미리 재고, 모서리를 깎거나 차양과 나무를 두어 내리부는 바람을 줄인다.
원인
- 압력
- 끈적임