[역학-정역학]1. 정역학이란?

기계공학을 공부할 때 가장 기초이자 중요한 과목은 바로 역학(力學)이다. 역학(力學)은 물체의 운동에 관한 법칙을 연구하는 학문이다.(표준국어대사전) 세부적으로 나눈다면 종류가 정말 많겠지만, 기본적으로 정역학, 고체역학(재료역학), 동역학, 유체역학, 열역학이 있다. (정역학을 포함하느냐 하지 않느냐에 따라 4대 역학 또는 5대 역학으로 불린다)

그중 첫 번째인 정역학에 대해 알아보자.

 

정역학(Statistics)이란 움직임이 없는 고정된 물체(정적평형 상태)에 적용되는 힘이나 물체의 변형을 다루는 학문이다. 이때 정적평형 상태라는 말은 물체가 정지하고 있거나, 그 질량중심이 일정한 속도(가속도=0)로 움직인다는 의미다.

정역학은 안정성을 검토할 때에 쓰인다. 예를 들어, 도로에 설치된 신호등, 건물에 설치된 간판은 떨어지거나 넘어지면 상당한 피해가 예상되는 구조물이다. 따라서, 이들을 설치할 때는 정역학적 계산을 통해 물체가 다른 물체에 안전하게 붙어 있을 수 있는지 계산하고 계산 결과에 따라 결속방법(볼팅, 리벳팅, 접착, 용접 등)을 선택한다. 이와 같이 우리 생활에서 다양한 분야에서 쓰이고 있는 학문이다.

정역학에서는 고체역학(재료역학)과 달리, 물체를 강체(Rigid body)로 가정한다. 강체는 외부 힘이 가해졌을 때 물체의 형태가 변형되지 않는 물체이다.

정역학에서는 강체에 가해지는 모든 형태의 힘의 합이 0이 된다는 가정 하에 계산한다. 일반적으로 외부에서 가해지는 힘에는 힘과 모멘트(moment)가 있다.

따라서, 평형상태를 해석하기 위해 가장 먼저 강체에 가해지는 모든 힘을 찾는다. 이 과정에서 자유물체도(Free body diagram)를 이용한다.

 

다음 글에서는 자유물체도에 대해 알아볼 것이다.