개념 한 쪽
인간공학기사 힘 — 정적 평형과 자유물체도
생체역학은 몸에 작용하는 힘을 평형의 틀로 계산한다. 이 카드에서는 정적 평형이 성립하는 조건, 힘의 정의와 관성의 법칙, 자유물체도가 무엇을 담는 도구인지, 힘판과 반작용 힘의 계산 원리를 본다.
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뜻
정적 평형 상태에서는 물체에 작용하는 모든 힘의 합과 모든 외부 모멘트의 합이 각각 0이 된다. 두 조건 가운데 하나만 0이라고 해서 평형이 성립하지는 않는다. 힘이 거리에 반비례한다는 식의 설명은 평형 조건과 관계없는 서술이다.
힘은 질량과 가속도의 곱으로 정의된다. 속도와 직접 비례한다고 보면 틀린 설명이 된다. 외력이 작용하지 않을 때 물체가 운동 상태를 바꾸지 않고 등속 직선운동을 계속하려는 성질은 관성의 법칙이다.
자유물체도는 분석 대상에 작용하는 힘을 도식화하여 힘의 평형을 분석하는 도구다. 스칼라는 크기만 있고 방향이 없는 양이다. 힘판 위에 선 사람의 몸무게는 네 모서리 센서 값의 합으로 구한다. 팔꿈치에 걸리는 반작용 힘은 잡고 있는 물체의 하중과 팔 자체의 하중을 합해 구한다.
예제
선지 판단은 정적 평형의 두 조건을 힘의 합 0과 모멘트의 합 0으로 세우는지, 힘을 질량과 가속도의 곱으로 정의하는지, 자유물체도를 힘의 평형 분석 도구로 읽는지, 스칼라를 크기만 있는 양으로 설명하는지, 힘판의 네 모서리 값을 합해 체중을 내는지에서 갈린다. 조건과 정의를 맞게 연결한 선지가 맞고, 정적 평형을 힘의 합만 0인 상태로 보거나 힘을 속도에 직접 비례한다고 한 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 정적 평형의 조건은 무엇인가요?
- 작용하는 모든 힘의 합이 0이고, 모든 외부 모멘트의 합도 0이어야 합니다.
- 힘은 어떻게 정의되나요?
- 질량과 가속도의 곱입니다. 속도와 직접 비례하지는 않습니다.
- 힘판에서 몸무게는 어떻게 구하나요?
- 네 모서리에 설치된 무게 센서의 값을 모두 더합니다. 센서 값의 합이 전신 중량이 됩니다.
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