1. 정 역학 (Statics) 이란?
ㅇ 힘의 정적 평형을 다루는 역학
- 가속 없는 평형 상태의 물체에 대한 역학
ㅇ 응용
- 힘의 평형 상태로부터, 구조물에 작용하는 외력에 대한 미지력을 구하는 등
- 주로, 구조 설계 기술의 기초가 됨
ㅇ 접근
- 합력을 찾아 그 성분을 찾거나, 알려진 힘을 그 성분들로 분해
2. 정 역학의 특징
ㅇ 시간에 대해 변화하지 않음 (independent of Time : Static Equilibrium)
ㅇ 물체 형상 변화를 무시함 (강체를 가정함)
ㅇ 물체의 평형 상태를 다룸 (운동과는 무관)
※ (고전 역학의 한 분야로, 현대 기계 공학 계열의 기초 중 하나)
3. 정역학의 용어
※ ☞ 정역학 용어 참조
- 구조물, 부재, 하중, 지점, 반력, 우력, 도심, 좌굴, 정정/부정정 등
4. 정 역학의 학습 참고사항
ㅇ 대상 물체 : 강체 (Rigid Body)
- 모든 물체를 변형 없는 강체로 보고, 작용 외력에 대한 반력에 만 관심을 갖음
ㅇ 대상 조건 : 정적 평형 (Static Equilibrium State)
ㅇ 대상 물리량 : 힘 (Force), 모멘트 (Moment : 토크)
ㅇ 기본 법칙 : 뉴튼 법칙 (뉴튼의 제1법칙, 뉴튼의 제2법칙, 뉴튼의 제3법칙)
ㅇ 주요 주제
- 힘의 평형과 평형방정식
. 강체 외부에서 작용하는 힘에 의한 이동,회전 효과가 0 이 되도록 함
- 힘의 합성
ㅇ 평형 조건
- 평형의 3조건
ㅇ 문제풀이 도구
- 자유물체도
- 평형방정식
※ 주요 원리
- 생브낭의 원리 (Saint-Venant's principle)
. 어떤 물체에 힘이 가해진 지점에서 충분히 떨어진 곳에서의 거동은,
국부적인 거동에 크게 영향을 받지 않음
- 힘의 전달성 원리
. 동일 크기의 힘이 그 작용선 상의 임의 위치 어디에서도 그 작용 및 효과 같음
- 모멘트의 전달성 원리
. 모멘트는 작용 물체가 같으면 어느 위치라도 그 효과는 같음
5. 정 역학의 주요 힘(영향)
ㅇ 인장,장력 (Tension)
- 단면에 수직한 수직 응력에 관계된 힘
ㅇ 압축 (Compression)
- 물체의 용적을 축소하는 외력
ㅇ 전단 (Shear)
- 물체의 절단 처럼, 접선 방향의 응력 (전단응력, Shearing Stress)과 관계된 힘
ㅇ 비틀림 (Torsion,Twist)
- 회전 변형력 (회전하며 비틀리는 변형)
ㅇ 굽힘 (Bending)
- 물체를 구부리는(곡률을 변화시키는) 작용력
6. 정적 구조 해석
※ 물체 내 작용하는 내부 하중(부재력, 부재 내력)의 계산법
- 주로, 트러스의 구조 해석(부재 응력 계산)에 사용되는 대표적인 방법
* 만일, 어떤 물체 전체가 평형상태이면,
. 모든 부분 또한 평형이어야 함에 기초함
ㅇ 절점법 (Joint Method)
- 각 절점에 대한 힘의 평형 방정식을 이용한 부재 내력의 계산법
ㅇ 절단법, 단면법 (Section Method)
- 물체를 가상으로 임의 절단하여,
. 그에따라 얻어진 부분들의 힘의 균형으로부터,
. 평형 방정식을 사용하여,
. 내부에 작용하는 힘(내력)을 구하고,
. 이로부터 응력을 구하게됨
ㅇ 특징
- 절점법은 모든 부재력을 구해야 할 때 사용
- 절단법은 특정 부재의 부재력만 빠르게 구할 때 사용