์ด ๊ณ์ฐ๊ธฐ์ ๊ธฐ๋ฅ
์ด ๋๊ตฌ๋ ์ง๋ฆ์ด ์๋ก ๋ค๋ฅธ ๋ ๊ฐ์ ํ๋ฆฌ(์๋ธ)๋ฅผ ๊ฐ์ธ๋ ์คํ ๋ฒจํธ์ ๊ธธ์ด๋ฅผ ์ถ์ ํฉ๋๋ค. ๋ฒจํธ ๊ธธ์ด๋ฅผ ๋ฏธ๋ฆฌ ์๋ ๊ฒ์ V๋ฒจํธ, ํ์ด๋ฐ ๋ฒจํธ, ํ๋ฒจํธ๋ฅผ ๊ณ ๋ฅผ ๋๋, ์ถ๊ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ํ๋ฆฌ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ด๋ฏธ ์ ํด์ง ๋๋ ฅ ์ ๋ฌ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ์ค๊ณํ ๋ ๊ผญ ํ์ํ ๊ณผ์ ์ ๋๋ค.
์ฌ์ฉ ๋ฐฉ๋ฒ
ํฐ ํ๋ฆฌ์ ์ง๋ฆ(\(D\)), ์์ ํ๋ฆฌ์ ์ง๋ฆ(\(d\)), ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ถ๊ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ(\(C\)) โ ๋ ์ถ ์ค์ฌ ์ฌ์ด์ ์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ โ ๋ฅผ ์ ๋ ฅํ์ธ์. ๋จ์๋ mm, cm, inch ์ค ๋ฌด์์ด๋ ์๊ด์์ง๋ง ์ธ ๊ฐ ๋ชจ๋ ๊ฐ์ ๋จ์๋ก ํต์ผํด์ผ ํ๋ฉฐ, ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ทธ ๋จ์๋ก ๋์ต๋๋ค. ๊ณ์ฐ ๋ฒํผ์ ๋๋ฅด๋ฉด ๋๋ต์ ์ธ ๋ฒจํธ ๊ธธ์ด๋ฅผ ํ์ธํ ์ ์์ต๋๋ค.
๊ณต์ ์ค๋ช
๋ฒจํธ ๊ธธ์ด๋ ์ธ ๋ถ๋ถ์ ํฉ์ผ๋ก ๊ตฌํด์ง๋๋ค. ๋ ํ๋ฆฌ ์ฌ์ด๋ฅผ ์๋ ์ง์ ๊ตฌ๊ฐ ๋ ๊ฐ(\(2C\)), ๊ฐ ํ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ฐ์ธ๋ ํธ๋ฅผ ์์ฃผ์ ์ ๋ฐ์ผ๋ก ๊ทผ์ฌํ ๊ฐ(\(\pi(D+d)/2\)), ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ ํ๋ฆฌ ํฌ๊ธฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ ํ๋ ์์ ํญ(\((D-d)^2/4C\))์ ๋๋ค. ์ด ๋ซํ ํํ์ ๊ทผ์ฌ์์ \(C\)๊ฐ ํ๋ฆฌ ๋ฐ์ง๋ฆ๋ณด๋ค ํฐ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ตฌ๋ ์ฅ์น์์ ๋งค์ฐ ์ ํํฉ๋๋ค.
$$L = 2\,\text{C} + \frac{\pi}{2}\left(\text{D} + \text{d}\right) + \frac{\left(\text{D} - \text{d}\right)^{2}}{4\,\text{C}}$$
๊ณ์ฐ ์์
\(D = 200\), \(d = 100\), \(C = 500\)์ธ ๊ฒฝ์ฐ๋ฅผ ์ดํด๋ณด๊ฒ ์ต๋๋ค. ์ง์ ๊ตฌ๊ฐ์ \(2 \times 500 = 1000\), ๊ฐ๊น ํญ์ \(\pi \times (200+100)/2 = \pi \times 150 \approx 471.24\), ๋ณด์ ํญ์ \((200-100)^2 / (4 \times 500) = 10000 / 2000 = 5\)์ ๋๋ค. ์ด๋ฅผ ๋ชจ๋ ๋ํ๋ฉด ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ต๋๋ค.
$$L \approx 1000 + 471.24 + 5 = 1476.24$$
๋จ์๊ฐ ๋ฉ๋๋ค.
์ค์ ๊ถ์ฅ์ฌํญ
- ํ์ค ๋ฒจํธ ํฌ๊ธฐ์ ๊ฐ์ฅ ๊ฐ๊น์ด ์์๋ก ์ฌ๋ฆผํฉ๋๋ค. ๊ณต์์ ์ด๋ก ์ ์ธ ๊ธธ์ด๋ฅผ ์ ์ํ๋ฉฐ, ์์ฉ ๋ฒจํธ๋ ๊ณ ์ ๋ ์นดํ๋ก๊ทธ ๊ธธ์ด๋ก ์ ๊ณต๋ฉ๋๋ค. ๊ณ์ฐ๋ ๊ฐ๋ณด๋ค ์๊ฒ ์ฌ๋ฆผํ์ง ๋ง๊ณ ํญ์ ๊ณ์ฐ๋ ๊ฐ ์ด์์ ๋ค์ ์ฌ์ฉ ๊ฐ๋ฅํ ํ์ค ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ์ ํํฉ๋๋ค.
- ์ฅ๋ ฅ ์กฐ์ ๋ฐ ์กฐ์ ์ด๋ ๊ณต๊ฐ์ ๋จ๊ฒจ๋ก๋๋ค. ์ต์ํ ํ๋์ ํ๋ฆฌ(๋๋ ์์ด๋ค๋ฌ)๋ฅผ ์กฐ์ ๊ฐ๋ฅํ ์ฌ๋กฏ์ ์ฅ์ฐฉํ์ฌ ์ค์น๋ฅผ ์ํด ์ค์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ์ฝ๊ฐ ๋จ์ถํ๊ณ ๋ง๋ชจ ๋ฐ ์ ์ฅ์ ๋ณด์ ํ๊ธฐ ์ํด ์ฐ์ฅํ ์ ์๋๋ก ํฉ๋๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๊ฒฝํ์น์ ๋ฒจํธ ๊ธธ์ด์ ์ฝ 2~4%์ ์กฐ์ ๋ฒ์๋ฅผ ํ์ฉํ๋ ๊ฒ์ ๋๋ค.
- V์ํ ํ์์์ ๋ฒจํธ ์์ฐฉ์ ๊ณ ๋ คํฉ๋๋ค. V-๋ฒจํธ๋ ํ ๋ฐ๋ฅ์ด ์๋ ์ธก๋ฉด์์ ์ฃผํํ๋ฏ๋ก ์ ํจ ๊ฐ์ธ๊ธฐ ์ง๊ฒฝ์ ํ๋ฆฌ์ ํผ์น ์ง๊ฒฝ์ด์ง ์ธ๊ฒฝ์ด ์๋๋๋ค. ์ธ๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํ๋ฉด ๊ธธ์ด๋ฅผ ๊ณผ๋ ํ๊ฐํ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก, ์ฌ์ฉ ๊ฐ๋ฅํ ๊ฒฝ์ฐ ์๋ธ ์ฌ์์์ ํผ์น(๊ธฐ์ค) ์ง๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํฉ๋๋ค.
- ํก๋จ๋ฉด์ ์๋ธ์ ์ผ์น์ํต๋๋ค. ๋ฒจํธ ๋ฐ ํ ํก๋จ๋ฉด(A, B, 3V, 5V ๋ฑ)์ด ์ผ์นํด์ผ ํ๋ฉฐ, ๊ณ์ฐ๋ ๊ธธ์ด๋ ์ ์กฐ์ ์ฒด๊ฐ ์ฌ์ฉํ๋ ๊ธฐ์ค ์์คํ (์ ํจ, ํผ์น ๋๋ ์ธ๊ฒฝ ๊ธธ์ด)์ผ๋ก ํํ๋์ด์ผ ํฉ๋๋ค.
- ์ฃผ๋ฌธํ๊ธฐ ์ ์ ์ ์กฐ์ ์ฒด ๋ฒจํธ ์ฐจํธ์ ๋ํด ํ์ธํฉ๋๋ค. ๊ณ์ฐ๋ ๊ธธ์ด๋ฅผ ์์์ ์ผ๋ก ์ทจ๊ธํฉ๋๋ค. ๊ตฌ๋งคํ๊ธฐ ์ ์ ๋ฒจํธ ๊ณต๊ธ์ ์ฒด์ ์นดํ๋ก๊ทธ ๊ธธ์ด, ์ง์ , ๋ฐ ์ค์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์กฐ์ ํ๋ฅผ ๊ต์ฐจ ํ์ธํฉ๋๋ค.
์ด๋ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ์์ง๋์ด๋ง ์ง์นจ์ด๋ฉฐ ํน์ ๊ตฌ๋ ๋ถํ์ ์ฌ์ ๋์ฒดํ์ด ์๋๋๋ค. ์ฅ๋น ๋ฐ ๋ฒจํธ ์ ์กฐ์ ์ฒด์ ํจ๊ป ์ค์ํ ์น์๋ฅผ ํ์ธํฉ๋๋ค.
์ ์ & ์ฉ์ด์ง
- ํฐ ํ๋ฆฌ ์ง๊ฒฝ(D)
- ๋ ํ๋ฆฌ ์ค ๋ ํฐ ํ๋ฆฌ์ ์ ํจ ๊ฐ์ธ๊ธฐ ์ง๊ฒฝ์ ๋๋ค. V-๋ฒจํธ ๊ตฌ๋์ ๊ฒฝ์ฐ ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ธ๊ฒฝ์ด ์๋ ํผ์น(๊ธฐ์ค) ์ง๊ฒฝ์ ๋๋ค.
- ์์ ํ๋ฆฌ ์ง๊ฒฝ(d)
- ์์ ํ๋ฆฌ์ ์ ํจ ๊ฐ์ธ๊ธฐ ์ง๊ฒฝ์ผ๋ก, D์ ๊ฐ์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ์ธก์ ๋ฉ๋๋ค.
- ์ค์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ(C)
- ๋ ํ๋ฆฌ์ ํ์ ์ถ(์คํํธ ์ค์ฌ) ์ฌ์ด์ ์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋๋ค. D ๋ฐ d์ ํจ๊ป ๋ฒจํธ ๊ธธ์ด๋ฅผ ๊ฒฐ์ ํฉ๋๋ค.
- ๊ฐ๋ฐฉํ ๋ฒจํธ
- ๋ ํ๋ฆฌ๊ฐ ๊ฐ์ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ํ์ ํ๊ณ ๋ฒจํธ๊ฐ ์์ ๊ณผ ๊ต์ฐจํ์ง ์๋ ๋ฒจํธ ๋ฐฐ์ด์ ๋๋ค. ์ด๊ฒ์ด ์์ ๊ณต์์ด ๋ชจ๋ธ๋งํ๋ ๊ตฌ์ฑ์ ๋๋ค(๋ฒจํธ๊ฐ ๊ต์ฐจํ์ฌ ํ์ ์ ๋ฐ๋๋ก ํ๋ ๊ต์ฐจํ ๋ฒจํธ์๋ ๋ฐ๋).
- ์๋ธ
- V-๋ฒจํธ๋ฅผ ์ด๋ฐํ๋๋ก ์ค๊ณ๋ ํ์ด ์๋ ํ๋ฆฌ๋ก, V-๋ฒจํธ ๊ตฌ๋์์๋ "ํ๋ฆฌ"์ ๋์์ด๋ก ์ข ์ข ์ฌ์ฉ๋ฉ๋๋ค.
- ๊ฐ์ธ๊ธฐ ๊ฐ๋
- ํ๋ฆฌ ์ฃผ์์ ๋ฒจํธ ์ ์ด ๊ฐ๋์ ๋๋ค. ์์ ํ๋ฆฌ๋ ๋ ์์ ๊ฐ์ธ๊ธฐ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ฉฐ, ์ด๋ ๊ตฌ๋์ ๋๋ ฅ ์ฉ๋์ ์ ํํฉ๋๋ค. ๋ ๊ธด ์ค์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ์์ ํ๋ฆฌ์ ๊ฐ์ธ๊ธฐ๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์ํต๋๋ค.
- ํผ์น ์ง๊ฒฝ
- ๋ฒจํธ์ ์ ํจ ์ฅ๋ ฅ์ (์ค๋ฆฝ์ถ)์ด ์๋ธ ์ฃผ์๋ฅผ ์ด๋ํ๋ ์ง๊ฒฝ์ ๋๋ค. ์ ํํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ํด ๊ธธ์ด ๋ฐ ๋น์จ ๊ณ์ฐ์ ํผ์น ์ง๊ฒฝ์ ์ฌ์ฉํด์ผ ํฉ๋๋ค.
์์ฃผ ๋ฌป๋ ์ง๋ฌธ
์คํ ๋ฒจํธ์ฉ์ธ๊ฐ์, ๊ต์ฐจ ๋ฒจํธ์ฉ์ธ๊ฐ์? ์ด ๊ณต์์ ๋ฒจํธ๊ฐ ๋ ํ๋ฆฌ ์ฌ์ด์์ ๊ต์ฐจํ์ง ์๋ ์คํ ๋ฒจํธ๋ฅผ ์ํ ๊ฒ์ ๋๋ค. ๊ต์ฐจ(ํฌ๋ก์ค) ๋ฒจํธ๋ ๊ฐ๊น ๊ณ์ฐ ๋ฐฉ์์ด ๋ค๋ฆ ๋๋ค.
์ด๋ค ๋จ์๋ฅผ ์จ์ผ ํ๋์? ์ธ ์ ๋ ฅ๊ฐ์ด ๋ชจ๋ ๊ฐ์ ๋จ์์ด๊ธฐ๋ง ํ๋ฉด ์ด๋ค ๋จ์๋ ๊ด์ฐฎ์ต๋๋ค. ๊ฒฐ๊ณผ๋ ๊ทธ์ ๋์ผํ ๋จ์๋ก ๋์ต๋๋ค.
๋ณด์ ํญ์ ์ ์๋์? ๋ ํ๋ฆฌ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ๋ค๋ฅด๋ฉด ๋ฒจํธ๊ฐ ์ง์ ๊ตฌ๊ฐ์์ ์ฝ๊ฐ ๋น์ค๋ฌํ ๊ฑธ๋ฆฌ๊ฒ ๋ฉ๋๋ค. \((D-d)^2/4C\) ํญ์ ์ด๋ ๋์ด๋๋ ๊ธธ์ด๋ฅผ ๋ฐ์ํ๋ฉฐ, ์ถ๊ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ์ปค์ง์๋ก 0์ ๊ฐ๊น์์ง๋๋ค.