힘(Forces)

금오공대기계시스템공학과

오충석 (ocs@kumoh.ac.kr)

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(권장) 학습과정: 반복학습Practice makes perfect!

Units

Forces

MomentsFree Body Diagram

Applications

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Contents힘이란?힘의특성

Newton의운동법칙힘의종류

중력

탄성력

마찰력

강체와변형체

힘의관점에서본정역학

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힘이란?[Naver백과사전] 정지하고있는물체를움직이고, 움직이고있는물체의속도나운동방향을바꾸거나물체의형태를변형시키는작용을하는물리량

동역학 (Dynamics)

고체역학 (Solid Mechanics)

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힘의특성

단위

SI(국제표준단위)

US Customary(미국상용단위)100 lbf (약 45 kgf) 연예인들: 송혜교, 장나라, 성유리, 문근영, 보아, et al.

韓國

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벡터량

아이를 30 m 이동시키는일을함에있어서키큰아빠와키작은아빠중누가더유리할까?가정: 동일한힘, 마찰무시

수평(x)방향의힘성분

일의양

https://cnx.org/

x

y

θ

7

2차원상에서의힘: 2 개의성분Fx, Fy or Fr, Fθ, etc.아래문제에서작용력 F의힘성분

https://cnx.org/

x

y

θ

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힘의성분을이용한합성[문제: Boresi]

F1 F2

F3

F4

10

11

12

13

3차원상에서의힘: 3 개의성분Fx, Fy, Fz or Fr, Fθ, Fz, etc.아래직각좌표계에서힘벡터(F)와 y축사이의각도(θy ) = ?방향코사인(directional cosines)

http://www.mathalino.com/reviewer

F

https://commons.wikimedia.org/

xy

z

θx

θy

θz F

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삼각함수이용

F

Fxy

FxFy

Fz

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Newton의운동법칙1법칙: 관성의법칙외부에서불평형힘 (unbalanced force)이작용하지않는한정지해있는물체는계속정지하려하고움직이는물체는일정속도로계속움직이려함

http://www.tutorvista.com/정역학: 계속정지

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2법칙: 가속도의법칙한질점 (particle)에작용하는힘의합은선형운동량(linear momentum)의시간변화율에비례

정역학: 시간에무관

www.aaronswansonpt.comwww.ask.com

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3법칙: 작용반작용의법칙모든작용력(action)은크기가같고방향이반대인반작용력(reaction; 반력)을수반함정역학에서반드시고려해야할법칙

https://studyingphysics.wordpress.com/

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힘의종류

重力 (Gravitational Force)지구의만유인력과자전에의한원심력을합한힘. 지표근처의물체를연직아래방향으로당기는힘.정역학: 주로자중(dead weight)으로작용

http://www.wonderwhizkids.com/ https://cnx.org/

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탄성력 (Elastic Force)모든고체는하나의스프링으로간주할수있음

외부의힘을제거하면원상태로복귀하면탄성임

정역학: 일정한힘마찰력(Frictional Force)물체의운동을방해하는방향으로작용

저항력으로볼수있음

정역학: 정마찰만고려

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강체와변형체

강체(剛體; rigid body)무한대의힘이작용해도변형되지않는물체

여러힘의작용하에서움직이지않음→ 靜力學 (정역학; Statics) (정력학 )여러힘의작용하에서움직임→ 動力學 (동역학; Dynamics) (동력학 )

변형체(變形體; deformable body)負荷 (load; 힘, 모멘트, 온도, 압력등)가가해지면변형이일어나는물체→ 固體力學 (고체역학; Solid Mechanics)

: 정지해있는물체를주로다룸⇒움직이는물체로확장

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상대적인개념으로주로사용강체 변형체

금속칼 종이

다이아몬드커터

유리

주사기바늘 피부

못 나무

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힘의관점에서본정역학

정적상태

일정한힘: 시간에따라변하지않음시간에무관: 공간상의좌표와물리량만필요함

대상물체 = 강체(not steel but rigid body)힘의작용에도불구하고변형무시

실제물체를하나의質點(particle)으로간주하기도함: 무게중심, 질량중심, 도심등의개념이필요함

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입출력Input = Forces, Output = ForcesNewton 제 3 법칙(작용-반작용의법칙)이중요함Moments: 힘에의해발생되는양