자유물체도에서 변위 방향 설정에 대한 질문 (solid mechanics, free body diagram, displacement, compression force, tensile force, mechanical engineering)

질문 요약

3번째 자유물체도에서 델bd와 델ce의 변위를 왜 저렇게 표시했는지 이해가 안됩니다. 델bd부분은 +3p이니까 위쪽으로 변위가 표시되고 델ce는 -2p니까 아래쪽으로 변위를 표시해야 하는 거 아닌가요?? (질문 시 사용한 이미지: https://lh3.googleusercontent.com/d/1Bz683GpFRyl3rd_d81b1QsNpApH78vFV)

답변 요약

방향은 어떤 방향으로 설정해도 상관없지만, 마지막 계산에서 부호가 다르게 나올 수 있습니다. 이 문제는 직관적으로 이해하는 것이 좋습니다. A점에 P라는 힘이 아래로 가해지면, BD에는 압축력이, DE에는 인장력이 가해집니다. 그래서 BD는 아래 방향으로, DE는 위로 변위를 가정하는 것이 더 자연스럽습니다. 압축력/인장력 개념으로 접근하면 질문이 이해될 것입니다. (답변 시 사용한 이미지: http://file.unistudy.co.kr/SEDATA/dylee_mqna_20200824094846.PNG)

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자유물체도에서 변위 방향 설정에 대한 질문

자유물체도는 구조역학과 물리학에서 매우 중요한 도구입니다. 변위 방향을 설정하는 것은 특히 중요하며 때로는 혼란을 초래할 수 있습니다. 이번 포스트에서는 변위 방향을 설정하는 방법과 그에 따른 의미에 대해 알아보겠습니다.

자유물체도에서 변위 방향을 설정할 때, 다음과 같은 질문이 나올 수 있습니다:

질문: 3번째 자유물체도에서 델bd와 델ce의 변위를 왜 저렇게 표시했는지 이해가 안됩니다. 델bd부분은 +3p이니까 위쪽으로 변위가 표시되고 델ce는 -2p니까 아래쪽으로 변위를 표시해야 하는 거 아닌가요??

먼저, 질문 시 사용된 이미지를 살펴보겠습니다.

자유물체도에서 힘과 변위의 방향을 설정하는 것은 다음과 같은 원칙을 따릅니다:

1. 힘의 방향을 설정합니다.
2. 힘의 방향에 따라 변위 방향을 가정합니다.
3. 압축력과 인장력의 개념을 활용하여 각 부재의 변위를 예측합니다.

그럼, 질문에 대한 답변을 통해 이 원칙들을 어떻게 적용하는지 알아보겠습니다.

답변: 방향은 어떤 방향으로 설정해도 상관없지만, 마지막 계산에서 부호가 다르게 나올 수 있습니다. 이 문제는 직관적으로 이해하는 것이 좋습니다. A점에 P라는 힘이 아래로 가해지면, BD에는 압축력이, DE에는 인장력이 가해집니다. 그래서 BD는 아래 방향으로, DE는 위로 변위를 가정하는 것이 더 자연스럽습니다. 압축력/인장력 개념으로 접근하면 질문이 이해될 것입니다.

이에 대한 예시 이미지를 다시 한번 확인해 보겠습니다.

변위 방향 설정의 예시

구체적인 예제를 통해 자유물체도에서 변위 방향을 설정하는 방법을 알아보겠습니다. 예를 들어, 아래와 같은 구조가 있다고 가정해 봅시다:

• A점에서 아래로 P라는 힘이 가해진다.
• BD 부재는 압축력을 받는다.
• DE 부재는 인장력을 받는다.

여기서 중요한 것은 압축력(Compression Force)과 인장력(Tension Force)의 개념입니다. 압축력은 물체를 짓누르는 힘이며, 인장력은 물체를 잡아당기는 힘입니다. 따라서:

1. BD 부재는 압축력을 받으므로 아래로 변위가 발생한다고 가정할 수 있습니다.
2. DE 부재는 인장력을 받으므로 위로 변위가 발생한다고 가정할 수 있습니다.

수학적 접근

이를 수학적으로 나타내면, 자유물체도의 변위는 다음과 같이 표현될 수 있습니다:

• \(\delta_{BD} = -3P\)
• \(\delta_{CE} = +2P\)

여기서 \(\delta_{BD}\)는 BD 부재의 변위, \(\delta_{CE}\)는 CE 부재의 변위를 나타냅니다. 부호는 방향을 나타내며, -는 아래 방향, +는 위 방향을 의미합니다.

결론

자유물체도에서 변위 방향을 설정하는 것은 힘의 방향과 부재의 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 압축력과 인장력의 개념을 통해 각 부재의 변위를 예측하고, 이를 통해 정확한 자유물체도를 작성할 수 있습니다.

추가적으로 자유물체도와 관련된 다른 질문이 있다면, 댓글로 남겨주세요!

키워드: 자유물체도, 변위방향, 변위설정, 압축력, 인장력, 힘분석, 구조역학, 공학기초, 물리학문제, 힘의해석

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