유체(fluid)는 일정한 형체 없이 자유롭게 변형 가능하면서 흐를 수 있는 물질을 뜻하는데요. 액체(liquid)와 기체(gas)뿐 아니라 플라즈마(plasma)까지 포괄하는 개념입니다. 유체의 유동에 대해 탐구하는 유체역학에서는 유체를 보다 공학적으로 정의하게 됩니다. 유체역학에서는 유체(fluid)를 어떤 크기의 전단 응력(shear stress)이나 외부 힘(external force)이 작용할 때, 연속적으로 변형하는 물질로 정의합니다.
유체의 특징
∇ 고체(solid)와 비교했을 때, 분자 사이의 거리(분자 공간)이 큽니다. 이 말은 즉, 유체 분자간 거리가 분자 직경과 비교했을 때 월등히 크다는 것을 내포하고 있습니다. 분자간 거리가 큰 것은 유체가 유체만의 특징들을 가지게 되는 근본적인 원인이 됩니다.
∇ 고체와 비교해 분자 상호간 응집력(cohesion)이 약합니다. 유체는 입자 간에 상호작용으로 뭉치는 힘이 약하므로 고체가 가지는 치밀성(compactness)과 강성(rigidity)이 없습니다. 때문에 유체역학의 정의대로 외부의 힘이나 전단응력으로 인해 연속적으로 변하게 됩니다.
∇ 정상 상태(stationary state)에서 유체는 전단 응력(shear stress)에 저항할 수 없습니다. 정상 상태란 시간의 흐름과 관계 없이 물리량이 일정한 상태를 의미합니다. 유체와는 다르게 고체는 전단 응력에 대해서 저항하기 때문에 전단방향으로의 복원력을 가집니다.
∇ 흐름성이 있어 담는 용기에 따라 모양과 체적이 달라집니다.
∇ 유체는 일반적으로 연속체(continuum)로 가정합니다. 유체는 분자간 거리가 분자 직경에 비해 매우 크기 때문에, 매우 작은 체적(volume)을 잡을 경우 주어진 부피 안의 분자 수는 지속적으로 변하게 됩니다. 즉, 밀도가 계속 변화한다는 뜻이 되죠. 그러나 충분히 큰 체적의 경우, 이런 효과가 무시할 수 있기 때문에 유체는 보통 연속체로 봅니다.
∇ 정상 상태에서의 유체는 수직 응력에 대해서 저항(복원력)을 가집니다.
∇ 유체는 점성(viscosity)을 가지고, 유체의 종류에 따라 점성의 차이를 가집니다. 점성이란, 유체의 흐름을 방해하는 저항 성질을 뜻하는데요. 정상 상태에서의 유체는 전단 응력에 저항이 없지만, 비정상 상태(unsteady state)의 유체는 점성으로 인해 접선 방향의 변형력도 작용합니다.
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