개념 한 쪽
구조역학에서 힘은 크기·방향·작용점의 세 요소로 표현하며, 여러 힘의 합성·분해와 지점에서 발생하는 반력, 힘이 회전효과를 내는 모멘트의 개념이 빈번히 출제된다고 본다.
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출제기준 단원 「힘의 합성과 분해」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 지점력 판단 | 1 | 지점에서 생기는 힘을 반력으로 식별하는 능력 |
| 모멘트 정의 선택 | 1 | 모멘트의 정의와 수식 관계를 정확히 가리는 능력 |
| 용어 정의(반력) | 1 | 반력의 정의를 묻는 선택형 문항을 판별하는 능력 |
힘의 3요소는 힘을 완전히 나타내기 위한 기본 정보로서 크기·방향·작용점으로 정의한다는 점을 명확히 한다. 이 세 가지가 모두 주어져야 힘의 효과가 결정된다고 본다.
반력(reaction)은 구조물에 하중이 작용할 때 지점에서 발생하여 평형을 유지하는 반작용력으로 정의한다는 점을 강조한다. 하중과 반력은 작용·반작용의 관계로 전체 평형을 이루게 하므로 지점에서의 반력이 존재해야 정지 상태가 유지된다고 본다.
모멘트(moment)는 힘의 회전능률로, 크기는 힘과 회전 중심까지의 수직거리의 곱(M = P × l)으로 구한다는 점을 설명한다. 모멘트 팔은 회전 중심에서 힘의 작용선까지의 수직거리이며, 힘 또는 거리가 커지면 모멘트도 커진다고 본다.
응력·전단력·축력 등 내력과 지점에서 발생하는 반력을 구분하여 사고해야 한다는 점을 정리한다. 전단력과 모멘트는 주로 부재 내부의 내력으로 취급하고, 지점에 생기는 힘은 반력으로 본다는 점을 명확히 한다.
모멘트의 정의 문제에서는 '문손잡이를 밀면 경첩에서 멀수록 문이 더 잘 돌아간다'는 비유를 떠올려 모멘트 = 힘 × 거리 공식을 적용한다는 해결 요령을 제시한다. 예컨대 동일한 힘으로 경첩에서 더 먼 지점에서 밀면 모멘트가 커진다고 설명한다.
반력 관련 문제에서는 책상 위 짐의 예를 들어 지지점이 위로 밀어 올리는 힘이 반력이라고 판별하는 방식을 소개한다. 지점에서 나오는 힘을 묻는 보기는 반력으로 고르고, 내부 단면에 생기는 전단력·모멘트와는 구별한다는 실제적 판단 기준을 제시한다.
힘의 3요소 문제에서는 '크기·방향·작용점' 세 단어만 기억하면 합성·분해 문항을 빠르게 해결할 수 있다고 조언한다. 보기에 반력이 나오면 3요소와 혼동하지 않도록 주의하라고 권고한다.
구조물에 하중이 작용하면 부재의 각 지점에는 무엇이 생기는가?
정답 ④ · 구조물에 하중이 작용하면 구조물 전체의 평형을 유지하기 위해 구조물을 지지하고 있는 각 지점(기초나 받침대)에서 구조물로 힘을 반대로 작용시키게 됩니다. 이러한 지점에서 발생하는 수직 또는 수평 방향의 힘을 '반력(Reaction)'이라고 합니다.
구조물에 하중이 작용하면 평형을 위해 각 지지점에서 되받아주는 힘이 바로 반력이다.
모멘트(moment)를 바르게 설명한 것은?
정답 ③ · 문항은 모멘트의 정의를 올바르게 설명한 것을 고르는 문제이다. 모멘트는 어떤 힘이 특정 점에 대해 갖는 회전능률로 표현되며 수식으로는 모멘트 M = 힘 P × 그 점까지의 수직거리 l로 정의된다.
모멘트는 힘이 한 점에 대해 갖는 회전능률로, 크기는 힘×수직거리(M=P×l)이다.
다음 중 반력(reaction)의 설명으로 옳은 것은?
정답 ① · 문제는 반력의 정의로 옳은 것을 고르는 문제이다. 반력은 외력이 구조물에 작용할 때 그 작용에 대응하여 지점에서 발생해 전체 평형을 유지하는 반작용 힘을 의미한다.
반력은 외력(하중)에 대해 지점에서 발생해 평형을 유지하는 반작용 힘이다.
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