칼로리 소모가 없는 친환경 로켓 차량잠이 안오니 참 별 짓을 다 한다...
먼저 코크 제로 2리터와 멘토스 여섯알로 내는 추력을 계산해보자.
Fig. 1 멘토스와 제로코크의 단일셀 추력실험
Fig. 2 추력발생 후 잔여 제로코크의 양을 알 수 있는 사진
시간을 재보니 3.2초간 유효한 정도의 가스분출이 있는 것을 볼 수 있다.
그러면 해당시간동안의 유량은 다음과 같이 계산된다.
m_dot = rho x U x A
여기서 m_dot은 유량, rho는 콜라의 밀도, U는 속도이며 A는 노즐의 면적이다.
콜라의 밀도는 동일조건의 물과 같다고 가정한다.
또한 콜라의 일반적인 노즐은 직경 1인치의 원형이다. (이건 실측치)
마지막으로 콜라가 분출될 때 속도분포는 시간에 따라 변하지만 여기서는 계산상 편의를 위해 동일하다고 가정한다.
2리터의 콜라를 3.2초동안 분출하였으며 Fig.2를 통해 40%가량의 콜라가 분출되지 않고 남음을 알 수 있으므로
유량을 계산하면 0.37kg/s가 나온다.
이제 노즐에서의 콜라 분출속도 U를 계산해보자.
유량을 알고 있고 A가 주어져있으므로 이건 껌이다.
출구속도는 0.76m/s이다.
그러면 추력식에 위에서 구한 값을 대입해본다.
F = m_dot x U
따라서 콜라한병과 멘토스 여섯알로 만들 수 있는 추력은 0.28N이다.
그러면 108개의 단위셀을 합치게 되면 총 추력은 약 30N이 나온다.
의외로 작은 값이 나왔는데 이는 좀 부족하지 않나 싶어보인다.
이에 대한 원인으로 볼 수 있는 것은 첫번째, 가정에서 액체만이 분출된다고 했지만 실제로는 탄산가스가 발생하여
콜라와의 혼합상태로 노즐을 통과하게 되므로 평균밀도가 작아질 것이고 이는 노즐출구속도의 증가로 나타날 것이다.
...그러나 나는 탄산가스와 콜라의 혼합비율과 노즐출구속도에서 2-phase fluid의 밀도가 어떨지 예측못하겠으므로
일단 여기까지.
또 공기저항을 무시하고 마찰력을 알 수 있으면 Breguet's range equation을 이용하여
굴러가는 거리도 추정할 수 있겠지만.. 넘어가자.
최근 덧글