statics chapter 1 제1장 개요
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CHAPTER 1 STATICS
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제1장 개요
공학과 역학
힘을 받는 물체의 정지 또는 운동상태를 다루는 물리 과학의 한 분야
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건축 기사와 공학자들은 건물의 설계와 건축의 단계별로 정역학의 원리가 지침이 된다.
정역학은 구조설계 기술에 기초한 과학이다.
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의자나 연필깎이 같은 간단한
구조물에서부터 댐, 자동차, 비행기
그리고 우주선과 같은 복잡한 구조물에
이르기까지, 우리가 사용하는 장치들이
어떻게 공학적으로 설계되고
만들어지는가?
그것은 기계 설계 시 기초가 되는
물리학을 깊게 이해하여야 하고, 기계가
어떻게 작동할 것인지 예측하기 위해
수학적 모델들을 사용할 수 있어야 한다.
따라서 공학도는 역학을 공부함으로써
물리적인 시스템의 거동을 분석하고
예측하는 법을 배워야 할 것이다.
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Dynamics(동역학) : 물체의 운동에 관련한 학문
Kinematics(기구학) : 운동 기하학
기계 요소의 운동에 관련됨
Kinetics(운동역학) : 균형되지 않은 힘이 작용하는 강체
가속 또는 감속 운동하는 물체
* Fluid mechanics(유체역학) : 액체 및 기체를 다루는 역학
Statics(정역학) : 힘을 받는 강체(Rigid body)의 평형
(equilibrium)을 다루는 학문
(정지 혹은 균일한 운동)
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기본 개념
공간(Space) : 기하학적 영역 [L]
시간(Time) : 어떤 사건 사이의 간격 [T]
정역학 문제에서는 직접적 관련 없음
질량(Mass) : 관성(inertia)의 양적인 척도 [M]
관성 : 운동의 변화에 저항
Absolute quantities(절대량)
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힘(Force) : 한 물체의 다른 물체에 대한 작용
질점(Particle) : 질량만 있고 크기와 형상을 무시할
수 있는 물체
강체(Rigid body) : 질점들의 집합, 변형이 없는 이상적인 물체
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① Law 1 ; 관성의 법칙 - 힘의 합이 0이면 속도는 일정
• 정지 상태의 질점 정지
• 움직이는 질점 계속 운동 → F = 0 (statics )
Newton의 법칙
② Law 2 ; 가속도의 법칙 - 힘의 합이 0이 아니면 힘의 합과
가속도는 비례
• F = ma → dynamics
③ Law 3 ; 작용 반작용의 법칙 - 크기가 같고 방향이 반대인 힘
• 반작용(Reaction) : 동일 선상에서 반대방향으로 작용
힘은 항상 크기가 같고 방향이 반대인 쌍(Pair)으로 발생
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단위
Units SI(국제 단위) U.S customary
(미 상용 단위)
mass [M] kg slug
length [L] m ft
time [T] s(sec) s(sec)
force [F] N lb
22
2
sec/.806.9),sec/()()(
sec/
mgmgkgmweightW
mkgNmaF
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각 단위
라디안 (rad)
도 (degree)
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차원(Dimension)
mass → [M], length → [L], time → [T] : 기본 단위
모든 물리량 ⇒ [M], [L], [T]로 표현할 수 있다
2
2
2
][
][][
][
][sec/5
][
][sec/50)
T
LMmaforce
T
Lmonaccelerati
T
Lmvelocityex
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뉴튼의 만유인력
; 두 물체 사이에 작용하는 인력
G ; 만유 인력 상수
2
21
r
mmGF
)sec/(kg)m(106.6732311
두 입자 사이의 만유인력은 크기가 같고, 동일 직선상에 있다.
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무게 ==> 지구의 인력
10mm
37.1N
W = mg
E
Iron sphere(강철구)
0.0000000951 N
)(
)(
2
E
2
E
2
E
r
mG
r
mG
r
mmGF
gmg
m
W = mg
==>