일단 공기와 다이빙벨 자체에서 생기는 부력을 계산해봤습니다.
내벽 두깨를 5cm라고 보고 계산했어요.
벨 안에 채워진 공기가 대략 1.5m 정도 된다고 보고 공기로 인한 부력을 계산하면
대략 16671N이 나오고요.
다이빙벨 자체 부피로 인한 부력은 그냥 깡 원통으로 보고 계산해서 5315N 정도가 나온다고 계산했습니다.
그리고 이 다이빙벨은 기본 3톤에 무게추 2톤을 더할 수 있는데요.
3톤짜리만 그냥 넣어도 부력보다 무거워서 가라앉습니다.
무게추까지 더하면 더 잘 가라앉겠지요.
일단 무게추를 달아서 총 5톤이 내려간다고 가정하고 여기서 부력을 빼면
현재 다이빙벨이 받는 힘은 지구중력만 약 27013.5N을 받습니다.
이제 문제의 유속으로 인한 항력입니다.
제 전공이 유체가 아니지만
다이빙벨의 모양이 원형실린더라고 가정하면 (모양이 원통이잖아요.)
유체역학 기본 전공서적만으로도 풀 수 있습니다.
원형실린더의 항력계수 C는 약 1입니다.
그리고 항력계수는 다음과 같습니다.
(물체가 받는 힘)
항력계수=------------------------------------------------------------------
(1/2)(유체의 비중)(유속의 제곱)(유체의 시점에서 보이는 물체의 단면적)
항력계수가 1이고, 바닷물의 비중은 물의 비중인 1000kg/m^3이라 보고 유속은 상당히 빠른 시점인 1.5m/s(150cm/s), 물체의 단면적은 그냥 다이빙벨의 높이*폭인 3*1.5=4.5로 보고 계산합니다.
그러면 결과값은 4050N이 나옵니다.
자, 지구중력값과 항력계수로 인한 유체의 항력도 알았으니
다이빙벨이 얼마나 기우나 계산해봅시다.
유체가 다이빙벨에 수직으로 힘을 가한다고 가정하면
두 힘은 아주 단순하게 합쳐지구요. 그 합력은 27315N 정도입니다.
그리고 그 합력에 따라 다이빙벨이 기운 기울기를 계산하면
tan(theta)=27013/27315=0.14(rad)
0.14라디안이 나오고요.
라디안 * 반경 = 움직인 거리
라디안 * 180 / pi = 각도
가 나오기 때문에 움직인 거리는 20m 잠수해서 움직였다치면 대략 3m의 반경 오차가 생기구요.
각도는 8.5도 정도가 기울게 됩니다.
유속의 방향이 일정하지 않은 것까지 고려하면 유속의 영향은 생각보다 적다고 보시면 됩니다.
단, 다이빙벨 자체만 괜찮다는거지
잠수부님들이 작업하기 괜찮다는 건 아닙니다.
참고로 다이버분들이 받는 힘은 사람키가 1.8m, 폭 0.6m, 모양도 원형에 가깝다라고 가정하면
수직으로 들어가셨을때 수평의 유속을 그대로 맞았을 때
대략 1215N 정도, 무게로 치면 중력가속도로 나눴을 때 대략 124kg의 사람을 들고 작업하신다고 보면 되요.
물론 항력계수는 유체가 보는 입장에서의 단면적에 따라 달라지는거지만,
그만큼 유속은 강력하다는 사실은 알아주셨으면 합니다.
강력해도 다이빙벨이 저리 무거우면 일단 다이빙벨 자체는 괜찮은거네요.
PS.
아래에 어떤분께서 계산하신게 있긴 한데,
제가 계산한 것은 어디까지나 이상화시켜서 현실로 그럴싸하게 가져올 수 있는 대략적인 수치만 말씀드린겁니다.
저게 정답도 아니고, 유체는 저렇게 계산하면 정말 맞아죽을겁니다.
단지, 생각보다 다이빙벨이 나쁘지 않다는겁니다.
단, 문제는 다이빙벨을 잡고 있는 바지선이
앵커로 고정해도 파도에 심하게 흔들릴 경우의 문제인데요.
바지선의 스펙만 알 수 있으면
파고를 조화함수로 보고 진동으로 대략이나마 풀어서 안정상태인가 불안정상태인가 봐줄 수 있는데,
바지선의 스펙은 잘 모르겠네요.
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