선박에 적용되는 기본적인 역학_1

안녕하세요. 

지난번 선박에 기본적인 정의와 종류에 대하여 포스팅 하였습니다. 

이번에는 선박에 필요한 기본적인 역학의 종류에 대하여 포스팅해보도록 하겠습니다. 

1. 정역학

정역학은 물체의 평형 상태를 다루는 물리학의 한 분야이다. 평형 상태란 물체에 작용하는 모든 힘이 균형을 잡고 순 힘이 0이 되는 상태를 뜻한다. 이 상태에서 물체는 정지해 있거나 일정한 속도로 이동합니다.

정역학은 주로 평형, 힘, 토크(회전력) 및 밸런스 개념에 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 요소 간의 관계를 분석하여 다양한 물리 시스템에서 힘과 평형 상태 분포를 이해하고 예측하는 것이 포함됩니다. 수학적으로는 물체에 작용하는 힘과 토크의 합이 0과 같은 조건을 결정하는 것이 주된 목적이다.

정역학의 기본 개념은 뉴턴의 제3운동 법칙에 기초하고 있으며, 이는 모든 동작이 동등하고 반대되는 반응을 갖는다는 것을 보여줍니다. 이 법칙은 물체 간 상호작용력의 영향을 분석하는 데 사용됩니다. 정역학의 주요 개념에는 평형 방정식, 자유체도, 힘 분해, 모멘트 암 개념이 포함됩니다.

평형 방정식: 정적인 상태에서는 물체에 작용하는 총력과 모멘트(토크)의 균형이 유지되어야 하며 평형 방정식으로 이어집니다. 이러한 방정식은 각 축을 중심으로 하는 힘과 모멘트의 합이 0이어야 함을 나타내며 미지의 것을 해결하거나 시스템을 분석할 수 있습니다.

자유체도(FBD):자유체도는 고립된 물체를 시각적으로 표현한 것으로 그 물체에 작용하는 모든 내적 및 외적인 힘을 보여줍니다. FBD를 만드는 것은 물체에 작용하는 힘을 명확하게 이해하고 시각화하는 데 도움이 되며 평형 상태의 힘 분석에 도움이 됩니다.

힘 분해: 힘을 더 작은 구성 요소로 분해하는 것은 특정 상황에서 유용합니다. 분해력은 각 컴포넌트의 효과를 개별적으로 고려할 수 있어 복잡한 시나리오에서의 분석을 간소화합니다.

모멘트 암 개념: 힘의 유효성은 적용점과 회전축 사이의 거리에 달려 있습니다. 이 거리는 모멘트 암 또는 레버 암이라고 불리며, 힘 및 모멘트 암의 곱은 모멘트 또는 토크라고 불립니다. 모멘트는 회전을 일으키는 경향을 나타내며 힘의 크기와 모멘트 암의 길이에 모두 비례합니다.

뉴턴의 제3 법칙(행동반응): 이 법칙에 따르면 모든 행동에는 평등하고 반대되는 반응이 있다. 한쪽 물체가 다른 쪽 물체에 힘을 가할 때, 제2 물체는 동시에 같은 크기이지만 반대 방향의 힘을 제1 물체에 작용한다. 이 법칙은 힘의 상호작용을 이해하는 데 도움이 됩니다.

정역학은 이러한 개념과 원리를 이용하여 다양한 물리 시스템에서 힘의 균형과 평형 상태를 분석합니다. 구조물의 안전성을 평가하고 기계 시스템을 설계하며 다른 조건에서 물체의 거동을 예측하는 데 도움이 됩니다.

 

2. 동역학

동역학은 물리학의 한 분야로 물체의 운동과 그 운동에 영향을 미치는 힘과 에너지의 변화에 초점을 맞추고 있습니다. 균형과 균형의 힘을 다루는 정역학과는 달리 동역학은 가속도, 운동 상태, 힘과 에너지의 상호작용을 통해 운동의 원인과 결과에 대한 이해를 탐구한다.

동역학의 주요 개념과 원칙은 다음과 같습니다:

뉴턴의 운동법칙: 뉴턴의 제1 법칙(관성의 법칙), 제2 법칙(힘과 가속도의 관계), 제3 법칙(행동-반응의 법칙)은 운동과 힘과의 관계를 설명한다. 예를 들어 제2 법칙은 힘, 가속도, 질량을 F=ma의 형태로 연관 짓고 있습니다.

운동 방정식:운동 방정식은 등가성 원리를 나타내는 물체의 운동에 수학적 모델을 제공한다. 예를 들어 자유낙하에서는 중력과 마찰의 영향을 고려한 방정식이 운동을 예측하는 데 사용됩니다.

운동량과 충돌: 운동량은 물체의 질량과 속도의 곱으로 정의됩니다. 동역학에서 운동량의 변화는 물체에 가해진 힘의 결과를 반영한다. 운동량 보존 법칙은 충돌에 적용되며 충돌의 종류에 따라 운동량이 저장되거나 부분적으로 이동됩니다.

에너지와 일: 물체의 운동 또는 위치와 관련된 에너지는 동역학에서 기본적인 양이며 운동에너지와 잠재력 에너지로 나뉩니다. 워크는 경로를 따라 움직이는 물체로의 에너지 이동을 나타내며 워크 에너지 정리는 에너지 변화와 관련된 일이다.

각운동량과 회전운동: 역학은 또한 각운동량이 중요한 역할을 하는 회전운동에 대해서도 다룹니다. 회전 물체의 각운동량은 회전의 원인과 결과를 이해하는 데 도움이 됩니다.

동역학은 자동차 엔진의 기능 이해, 우주선 궤도 분석, 던져진 물체의 궤도 예측, 기계 시스템 가동 연구 등 다양한 분야에서 응용을 찾는다. 그것은 운동을 지배하는 원리와 법칙에 의해 자연 현상을 이해하기 위한 기초를 제공합니다.

다음은 또다른 필요한 공학적인 이론에 대하여 포스팅 하도록 하겠습니다.