KR200443875Y1 - 물의 소용돌이 발생 실험기구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 물의 소용돌이 실험기구에 관한 것으로, 물을 저장하는 저수탱크의 상부에 투명한 재질로 만들어진 고위 수조를 설치하고, 상기 고위 수조의 하부에 투명한 재질로 만들어진 저위 수조를 배치하여, 상기 가압펌프를 사용하여 저수탱크의 물을 고위 수조에 펌핑한 후, 고위 수조를 자유 상태에서 저위 수조로 배수되게 함으로써, 고위 수조에서 물이 빠져나갈 때 반시계방향으로 자연상태의 소용돌이가 발생하게 하고, 고위 수조의 물이 저위 수조로 유입될 때 역시 자연상태의 반시계 방향으로 소용돌이가 발생하게 하여, 고위 수조와 저위 수조에서 발생하는 소용돌이를 외부에서 간단하게 관찰할 수 있게 한다. 따라서 본 고안에 따른 실험기구는 학교 등과 같이 사람이 많이 모인 곳에서 지구의 전향력으로 인해 발생하는 유체의 소용돌이에 대한 실험을 간단하게 할 수 있는 것이다.

소용돌이 실험, 전향력, 반시계방향,

Description

물의 소용돌이 발생 실험기구{A TESTING EQUIPMENT FOR OCURRING THE VORTEX OF WATER}

본 고안은 물의 소용돌이 발생실험기구에 관한 것으로, 특히 학교 등에서 간단하게 물의 소용돌이 발생을 육안으로 살펴 볼 수 있게 한 물의 소용 돌이 발생장치에 관한 것이다.

지구상에서 모든 물체는 지구의 인력과 자전 및 공전에 의한 영향을 받으면서 존재하고 있는바, 따라서 모든 물체나 동식물이 운동을 하거나 움직일 때는 이러한 인력과 자전 및 공전에 의해 발생하는 힘의 영향을 받게 된다.

특히 사람이나 동물과 같이 자의적으로 움직일 경우는 그러한 영향이 덜하지만, 자연의 물이나 공기와 같이 외력이 가해지지 않는 상태에서 유동하는 경우에는 거의 전적으로 지구의 자전과 공전의 지배를 받게 된다.

이러한 현상중의 가장 일반적이고 우리의 실생활에서 가장 가까이 볼 수 있는 것이 태풍의 눈과 토네이도와 같은 소용돌이 바람 및 물이 자연상태에서 배수될 때 소용돌이 현상 등을 들 수가 있는데, 이러한 태풍의 눈과 토네이도 및 물의 소용돌이 현상을 전부 반시계 방향으로 회전하는 특징이 있다.

이와 같이 태풍의 눈은 물론 바람과 물의 소용돌이가 반시계 방향으로 회전하는 것은 지구의 자전에 의한 전향력 때문인 것으로 알려져 있고, 이러한 전향력은 '코리올리의 힘'이라고도 하는데, 이 보이지 않는 힘이 북반구에 있는 모든 물체들을 시계 반대 방향으로, 남반구는 시계 방향으로 쏠리게 하기 때문에 직선으로 움직여도 실제로는 코리올리의 힘 방향으로 휘어진 운동을 하게 되는 것이다.

이러한 코리올리의 힘에 의한 영향 때문에 목욕탕의 욕조 등에서 물이 빠져나갈 때 소용돌이를 일으키면서 빠져나가게 되는데, 외부에서 전혀 힘을 가하지 않는 조용한 상태의 물은 태풍과 동일한 방향으로 소용돌이를 일으키며 빠지게 된다.

그러나 지구의 자전이 욕조의 물에 가하는 힘은 대단히 미약하기 때문에, 이 실험을 하기 위해서는 물을 오랫동안 고요한 정지상태로 유지해야 한다.

처음 물을 채울 때 반대방향으로 채웠다면, 그 영향은 상상 이상으로 오래간다. 이러한 오차를 극소화하기 위해 물을 채운 뒤 최소한 하루, 길게는 일주일 이상 기다려야 할 수도 있다.

따라서, 학교와 같은 교육기관에서 많은 학생들이 이러한 욕조의 배수 현상을 제대로 정확하게 실험하기가 곤란한 경우가 많다.

특히, 물이 배출될 때 순식간에 발생하는 소용돌이 현상을 많은 학생들이 직접 눈으로 살피면서 그 회전방향을 정확하게 살피는 실험을 학교 등에서 하기에는 곤란하다는 문제가 있었다.

이에 본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하여, 많은 학생들이 한꺼번에 정확하게 실험하여 물의 소용돌이 현상을 제대로 살필 수 있게 하여 올바른 실험이 이루어질 수 있게 한 물의 소용돌이 실험기구를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 고안은 물을 저장하는 저수탱크와, 상기 저수탱크의 물을 펌핑하여 가압 공급하는 가압 펌프, 상기 가압 펌프의 물을 공급받아 배수하면서 배수 소용돌이를 발생하게 하는 고위 수조 및, 상기 고위 수조에서 자유 낙하력에 의해 물을 공급받아 급수 소용돌이를 발생하게 하는 저위 수조 및, 상기 저수탱크와 가압펌프 및 고저위 수조를 연결하는 연결 파이프로 이루어진다.

상기 고위 수조와 저위 수조는 투명한 재질로 만들어져 내부가 들여다보일 수 있게 한다.

그리고 상기 고위 수조와 저수 수조를 연결하는 수조 연결 파이프에 물의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브를 설치하고, 상기 저위 수조의 상단에 저위 수조의 물을 저수탱크로 귀환시키기 위한 귀환 파이프가 연결되며, 상기 저위 수조의 하단에 드레인 파이프를 설치하여 저위 수조에 채워진 물을 외부로 드레인하여 배출시키게 할 수 있게 한다.

이러한 구조로 이루어진 본 고안의 소용돌이 실험장치는 간단한 기구를 이용하여 물이 자유 상태에서 배출될 때 지구의 자전에 의한 전향력의 영향을 받아 반시계방향으로 회전하면서 배출되는 것과 자유상태에서 물이 솟아오르면서 공급될 때 반시계방향을 회전하면서 유입되는 것을 육안으로 관찰할 수 있게 한다.

따라서 본 고안에 따른 실험기구는 학교 등과 같이 사람이 많이 모인 곳에서 지구의 전향력으로 인해 발생하는 유체의 소용돌이에 대한 실험을 간단하면서 정확하게 관찰하게 할 수 있는 것이다.

이하 본 고안을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도면 1은 본 고안에 따른 실험기구의 정면도이며, 도면 2는 본 고안에 따른 실험기구의 측면도, 도면 3은 본 고안에 따른 실험기구의 평면도이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이 본 고안에 따른 물의 소용돌이 실험기구는 물을 저장하는 저수탱크(1)와, 상기 저수탱크(1)의 물을 펌핑하여 가압 공급하는 가압 펌프(2), 상기 가압 펌프(2)의 물을 공급받아 배수하면서 배수 소용돌이를 발생하게 하는 고위 수조(3) 및, 상기 고위 수조(3)에서 자유 낙하력에 의해 물을 공급받아 급수 소용돌이를 발생하게 하는 저위 수조(4) 및, 상기 저수탱크(1)와 가압펌프(2) 및 고저위 수조(3,4)를 연결하는 순환 파이프(5)로 이루어진다.

상기 고위 수조(3)와 저위 수조(4)는 투명한 재질로 만들어져 내부가 들여다 보일 수 있게 되어 있다.

상기 가압 펌프(2)는 저수탱크(1)에서 고위 수조(3)에 물을 공급하는 공급 파이프(5a)의 중간에 설치되는데, 상기 공급 파이프(5a)는 저수탱크(1)에 설치된 지지판(1a)과 고위 수조(3)에 고정 설치하여 지지되게 하고, 필요하다면 통상의 방법에 따라 보조 프레임(도시 안 됨)을 설치하여 공급파이프(5a)를 지지할 수가 있다.

그리고 상기 고위 수조(3)와 저위 수조(4)를 연결하는 연결 파이프(5b)에 물의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(6)를 설치하여 고위 수조(3)에서 저위 수조(4)로 이동하는 물의 흐름을 개폐 조절하게 할 수 있다.

또한, 상기 저위 수조(4)의 상단에 저위 수조(4)의 물을 저수탱크(1)로 귀환시키기 위한 귀환 파이프(5c)가 연결되어 있고, 상기 귀환 파이프(5c)에도 개폐 밸브(7)를 설치하여 저위 수조(4)에서 저수탱크(1)로 귀환하는 물의 흐름을 필요에 따라 제어할 수가 있다.

한편, 상기 저수 탱크(1)와 저위 수조(4)의 하단에 드레인 파이프(5d, 5e)를 각각 설치하여, 저수 탱크(1)에 채워진 물과 저수 탱크(4)에 채워진 물을 완전하게 배출하게 할 수가 있다.

이러한 구조로 이루어진 본 고안에 따른 물의 소용돌이 실험기구는 평소에는 저수탱크(1)와 고위 수조(3) 및 저위 수조(4)에 물을 완전히 뺀 건조한 상태에서 보관한다.

실험을 하고자 할 때는 저수탱크(1)에 물을 채운 후 가압 펌프(2)를 가동하 면, 저수탱크(1)의 물이 고위 수조(3)에 주입되어 채워지는데, 이때 고위 수조(3)의 아래쪽에 연결된 연결파이프(5b)의 제어밸브(6)는 차단하여, 고위 수조(3)에 완전하게 물이 채워질 때까지는 물이 빠져나가지 않게 하는 것이 바람직하다.

상기 고위 수조(3)에 물이 완전하게 채워진 상태에서 필요하다면 물의 흐름이 완전하게 안정된 상태를 갖게 하는 대기 시간을 가질 수도 있다.

이와 같이 고위 수조(3)의 물이 완전하게 준비되고 난 후 제어밸브(6)를 개방하면, 고위 수조(3)의 물이 별도의 외력에 의한 영향 없이 오로지 중력의 영향만을 받아 연결파이프(5b)를 통하여 자유 낙하의 상태로 빠져나가게 되는데, 이때 고위 수조(3)를 빠져나가는 물은 별도의 외력에 의한 영향을 받지 않고 지구의 자전에 의한 전향력의 영향만을 받게 되므로, 정확하게 소용돌이를 형성시키면서 빠져나가게 되고, 이러한 소용돌이를 투명한 재질로 만들어진 고위 수조(3)의 외부에서 자세하게 관찰할 수가 있는 것이다.

한편, 상기 고위 수조(3)의 물이 연결파이프(5b)를 통하여 아래로 빠져나와 고위 수조(3)보다 아래쪽에 배치된 저위 수조(4)의 하단부에서부터 유입되는데, 이렇게 저위 수조(4)에 유입되는 물도 별도의 외력에 의한 영향을 받지 않고 자연 상태로 유입되기 때문에 지구의 자전에 의한 전향력의 영향만을 받아 정확한 소용돌이 현상을 일으키면서 유입되게 되고, 이러한 소용돌이를 일으키는 물의 흐름을 투명한 재질로 만들어진 저위 수조(4)의 바깥에서 자세하게 관찰할 수가 있는 것이다.

한편, 본 고안에 따른 실험기구를 사용한 후에 다시 보관하고자 하는 경우에 는, 상기 드레인 파이프(5d, 5e)에 설치된 드레인밸브(8)를 개방하여 저수탱크(1)와 저위 수조(4)에 저장된 물을 완전하게 외부로 드레인하게 할 수가 있다.

따라서, 본 고안에 따른 실험기구는 간단한 구성으로 이루어지면서도, 지구의 자전에 의한 전향력 이외의 다른 힘이 전혀 전달되지 않게 한 상태에서 물의 흐름이 이루어지게 함으로써 정확하고 정밀한 소용돌이를 만들어 낼 수가 있고, 이러한 소용돌이를 학교의 교실 또는 실험실에서 간단하게 실험 관찰할 수가 있으므로 학생들이 지구의 자전에 의한 전향력과 소용돌이 현상에 대한 자연 과학의 원리를 정확하고 쉽게 이해하게 할 수가 있는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 실험기구의 정면도이며,

도 2는 본 고안에 따른 실험기구의 측면도,

도 3은 본 고안에 따른 실험기구의 평면도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명*

1 - 저수탱크 2 - 가압 펌프

3 - 고위 수조 4 - 저위 수조

5 - 순환 파이프 6 - 제어밸브

7 - 개폐밸브 8 - 드레인 밸브

Claims (2)

1. 삭제
2. 물을 저장하는 저수탱크(1)와, 상기 저수탱크(1)의 물을 펌핑하여 가압 공급하는 가압 펌프(2), 상기 가압 펌프(2)의 물을 공급받아 배수하면서 배수 소용돌이를 발생하게 하는 고위 수조(3) 및, 상기 고위 수조(3)에서 자유 낙하력에 의해 물을 공급받아 급수 소용돌이를 발생하게 하는 저위 수조(4) 및, 상기 저수탱크(1)와 가압펌프(2) 및 고저위 수조(3,4)를 연결하는 공급 파이프(5a) 및 연결 파이프(5b)로 이루어지고, 상기 고위 수조(3)와 저위 수조(4)가 투명한 재질로 이루어지며,

   상기 고위 수조(3)와 저위 수조(4)를 연결하는 상기 연결 파이프(5b)에 물의 흐름을 제어하기 위한 제어밸브(6)가 설치되고, 상기 저위 수조(4)의 상단에 저위 수조(4)의 물을 저수탱크(1)로 귀환시키기 위한 귀환 파이프(5c)가 연결되며,

   상기 저수탱크(1)에서 상기 고위 수조(3)에 물을 공급하는 상기 공급 파이프(5a)는 상기 저수탱크(1)에 설치된 지지판(1a)과 상기 고위 수조(3)에 고정 설치하여 지지되고,

   상기 귀환 파이프(5c)에 상기 저위 수조(4)에서 상기 저수탱크(1)로 귀환하는 물의 흐름을 제어하는 개폐밸브(7)가 설치되며,

   상기 저수탱크(1)의 하단에 드레인 파이프(5d)를 설치하고, 상기 저수탱크(1)에 채워진 물을 완전하게 배출할 수 있는 드레인 밸브(8)를 상기 드레인 파이프(5d)에 설치한 것을 특징으로 하는 물의 소용돌이 실험기구

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