최종 업데이트: 2026-06-15

동압

유체가 운동할 때 운동 에너지를 가집니다. 동압은 그 단위 부피당 운동 에너지를 나타내며, 압력과 같은 단위인 파스칼을 가집니다. 동압의 이해는 공기역학, 풍공학, 그리고 유체가 표면에서 정지 상태가 되는 모든 상황에서 필수적입니다.

동압이 나타내는 것

비압축성, 비점성 유동에 대한 베르누이 방정식은 유선을 따라 단위 부피당 전체 역학적 에너지가 일정하다고 말합니다:

$P_{\text{정압}} + \tfrac{1}{2}\rho v^2 + \rho g h = \text{일정}$

가운데 항인 $q = \tfrac{1}{2}\rho v^2$가 동압입니다. 예를 들어 날개의 정체점이나 피토관 선단에서와 같이 움직이는 유체가 정지 상태로 감속될 때 가하는 압력을 나타냅니다. 정압과 동압의 합이 전압(정체 압력) $P_0 = P + q$입니다.

공식 표

속도가 제곱으로 들어가므로, 속도가 두 배가 되면 동압은 네 배가 됩니다. 이것이 공기역학적 힘이 대기 속도에 따라 급격히 증가하는 이유입니다.

계산 예시

해수면 밀도 1.225 kg/m³의 공기 속에서 자동차가 30 m/s(108 km/h)로 달립니다. 동압은 얼마인가요?

$q = \tfrac{1}{2} \times 1.225 \times 30^2 = 0.5 \times 1.225 \times 900 = 551.25\ \text{Pa}$

이제 자동차가 속도를 두 배인 60 m/s(216 km/h)로 올린다면:

$q = \tfrac{1}{2} \times 1.225 \times 60^2 = 0.5 \times 1.225 \times 3600 = 2{,}205\ \text{Pa}$

속도를 두 배로 높이면 동압은 정확히 네 배가 되며, 이는 속도의 제곱 항과 일치합니다.

실용적 응용

공기역학. 양력과 항력은 모두 동압에 비례합니다: $L = q \cdot C_L \cdot A$, $D = q \cdot C_D \cdot A$. 여기서 $C_L$과 $C_D$는 무차원 계수, $A$는 기준 면적입니다. 이 때문에 풍동 실험 결과는 힘 계수로 보고됩니다. 계수는 속도와 무관하며, 실제 힘은 $q$를 알고 나서 구합니다.

대기 속도 측정. 피토-정압 시스템은 피토관 입구의 전압과 정압구의 정압의 차이를 측정합니다. 그 차이가 동압이며, 이로부터 대기 속도를 도출합니다. 지시 대기 속도는 $\sqrt{q}$에 직접 비례합니다.

구조물의 풍하중. 건축 기준에서는 동압을 이용하여 풍하중을 계산합니다. 기준 풍속 $v_{\text{ref}}$에 대한 설계 풍압은 $q_{\text{ref}} = \tfrac{1}{2}\rho_{\text{air}} v_{\text{ref}}^2$에 노출 및 형상 계수를 곱한 값입니다.

한계

$q = \tfrac{1}{2}\rho v^2$ 공식은 비압축성 유동을 가정합니다. 마하 0.3(공기에서 약 100 m/s)을 초과하는 속도에서는 압축성 효과가 중요해지며, 정체 압력은 등엔트로피 관계식으로 계산해야 합니다.