9급국가직공무원 2014-04-19 화학공학일반 17번 문제 해설

문제 요약:
상부평판이 하부평판 위의 액막을 통해 1m/s 속도로 이동할 때, 두께가 0.5mm인 액막의 전단응력이 2 N/m2인 상황에서 액막 두께가 1mm로 증가했을 때의 새로운 전단응력을 구합니다 (뉴턴 점성 법칙 적용).

정답 및 근거:
- 정답: 1번 (1 N/m2)
- 근거: 전단응력 (\tau)은 점성계수 (\mu), 속도 기울기 ((du/dy)), 그리고 유체 두께 (h)에 비례합니다. 공식은 \tau = \mu (du/dy) · (h/A) 입니다. 여기서 속도 기울기는 일정하므로, 두께 h가 두 배로 증가하면 전단응력도 비례하여 절반으로 감소합니다 (h와 \tau는 반비례 관계). 따라서, 0.5 mm → 1 mm 증가 시 전단응력은 2 N/m² ÷ 2 = 1 N/m² 입니다.

오답 포인트:
- 오답 선택 이유: 2번 이상의 증가는 전단응력의 비례 관계를 잘못 이해한 결과입니다.

핵심 개념:
- 전단응력과 두께의 관계: 전단응력은 액막 두께에 반비례합니다 (뉴턴 점성 법칙 적용).

마무리 요약:
액막 두께가 증가하면 전단응력은 감소하므로, 두께가 1mm로 두 배 증가하면 전단응력은 절반으로 줄어들어 1 N/m2가 됩니다.