지난 물리 시간에는 입자 역학 과 회전 역학 에 대해 공부했습니다 . 입자 역학에서는 병진 운동( 직선 운동 , 원 운동 , 포물선 운동 )을 하는 입자를, 회전 역학에서는 회전하는 강체를 살펴보았습니다. 이번 시간에는 평형 상태에 있는 물체에 대해 알아보았습니다. 평형에는 정적 평형과 동적 평형 두 가지 유형이 있습니다. 뉴턴의 제1법칙에 따르면, 물체가 정지해 있으면 정적 평형 상태에 있고, 일정한 속도로 움직이고 있으면 동적 평형 상태에 있습니다. 이 글에서는 정적 평형(정지한 물체)에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.
강체 평형 의 개념은 매우 중요한 기초 지식이며, 특히 공학 분야를 비롯한 일상생활에서 많은 응용 사례를 가지고 있습니다. 정적 평형 상태에 있는 물체에 작용하는 힘을 이해하고 계산하는 것은 기술 전문가(건축가나 엔지니어)에게 매우 중요합니다. 건물, 교량, 차량 등을 설계할 때 건축가나 엔지니어는 구조물이 작용하는 힘을 견딜 수 있는지, 붕괴되지 않는지 여부를 신중하게 계산합니다.
문제 예시
1. 다음 그림을 살펴보세요! 1,5kg짜리 막대가 한쪽 끝이 벽에 수직으로 경첩으로 연결되어 있고, 등불이 경첩에서 일정 거리 떨어진 곳에 매달려 있습니다. 막대를 평형 상태로 유지하기 위한 밧줄의 장력은 얼마일까요?
논의
알려진 바에 따르면:
하중의 질량(m1 ) = 2kg
막대의 질량(m² ) = 1,5 kg
중력 가속도(g) = 10 m/ s²
적재 중량(w)1) = (2)(10) = 20 뉴턴
막대 무게(w 2 ) = (1,5)(10) = 15 N
질문: 막대가 평형 상태를 유지하도록 밧줄에 작용하는 장력의 크기는 얼마입니까?
자와브:
밧줄의 길이는 피타고라스의 공식을 사용하여 계산합니다.
로프의 장력(T )을 계산하십시오.
경첩을 기준으로 회전축을 선택하십시오. 막대에 작용하는 모멘트력을 고려하십시오.
힘의 모멘트 1:
τ 1 = w 2 r 2 = (15 N)(0,4 m) = -6 Nm
힘 1의 모멘트는 막대를 시계 방향으로 회전시키므로 힘 1의 모멘트는 음의 부호를 갖습니다.
힘의 모멘트 2:
τ 2 = w 1 r 1 = (20 N)(0,6 m) = -12 Nm
힘 2의 모멘트는 막대를 시계 방향으로 회전시키므로 힘 1의 모멘트는 음의 부호를 갖습니다.
힘의 모멘트 3:
τ 3 = T r 3 sin θ = (T)(0,8)(0,6/1) = 0,48T
힘 3의 모멘트는 막대를 시계 반대 방향으로 회전시키므로 힘 3의 모멘트는 양의 부호를 갖습니다.
시스템이 정지 상태를 유지하려면 합력 모멘트( Στ) = 0 이어야 합니다.
Στ = 0
τ 1 + τ 2 + τ 3 = 0
– 6 – 12 + 0,48T = 0
– 18 + 0,48T = 0
0,48T = 18
T = 18/ 0,48
T = 37,5 뉴턴
질문 출처:
고등학교/직업고등학교 물리 국가시험 문제
