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1. 실험 목적 및 종류
1.1. 실험 목적
실험 목적은 단순보에 작용하는 하중의 크기와 작용 위치의 변화에 따라 전단력의 크기를 측정하여, 전단력의 기초 이론을 습득하는 것이다. 즉, 실험을 통해 하중과 전단력의 상관관계를 이해하고자 하는 것이 이 실험의 목적이다.
1.2. 실험 종류
실험 종류에 대한 내용은 다음과 같다.
실험 종류에는 1) 하중의 크기와 전단력의 크기의 상관관계 실험과 2) 다양한 재하 경우가 전단력에 미치는 영향 실험이 포함된다. 첫 번째 실험에서는 단순보에 가해지는 하중의 크기를 변화시키면서 전단력의 크기를 측정하여 두 요인 간의 상관관계를 살펴보고자 한다. 두 번째 실험에서는 단순보에 다양한 위치와 크기의 하중을 작용시켜 전단력의 변화를 관찰하고자 한다. 이를 통해 하중의 작용점과 크기가 전단력에 미치는 영향을 분석할 수 있다."
2. 이론적 배경
2.1. 반력
단순보에 집중하중이 작용하면 지지점 A와 B에서 각각 반력 RA와 RB가 발생한다. 이러한 반력의 크기는 '보의 임의의 지점에 작용하는 모멘트의 합은 0'이라는 모멘트 평형식을 이용하여 구할 수 있다.
예를 들어, 보의 한 지점에 집중하중 P가 작용하는 경우, 지지점 A와 B에서의 반력 RA와 RB는 다음과 같이 계산된다:
모멘트 평형식: MA = 0
RA × L - P × a = 0
RA = (P × a) / L
ΣFCY = 0
RA + RB - P = 0
RB = P - RA = P - (P × a) / L = (P × b) / L
여기서 a와 b는 하중 P의 작용점과 지지점 A, B 사이의 거리이며, L은 보의 전체 길이이다.
따라서 단순보에 작용하는 집중하중에 의해 발생하는 지지점 A와 B에서의 반력 RA와 RB를 모멘트 평형식을 통해 계산할 수 있다.
2.2. 전단력
보에 하중이 가해지면 하중이 가해진 지점과 지지점 사이에는 하중과 반력으로 인하여 가위로 물체를 자르는 것과 같은 힘이 작용하게 되는데 이를 전단력이라고 한다. 전단력은 보의 단면에 직각으로 작용하는 힘으로, 보가 전단파괴에 저항할 수 있는 능력을 나타낸다.
분포하중의 경우 전단력은 보의 축상에 임의의 점에서의 전단력의 변화율이 같은 점에서의 분포하중 세기의 음의 값과 같다. 즉 {dV} over {dx} = -q 의 관계가 성립한다. 따라서 보의 구간에 분포하중이 없으면 전단력은 보의 그 부분에서 일정하고, 분포하중이 보의 부분에 걸쳐 일정하면 전단력은 보의 부분에서 선형적으로 변화한다.
한편 집중하중의 경우 전단력은 수직방향의 힘의 평형으로부터 V _{1} = -P 의 관계를 갖는다. 이 결과는 집중하중이 작용하는 어느 점에서나 전단력은 갑작스런 변화가 일어난다는 것을 의미한다. 좌측에서 우측으로 하중 작용점을 통과함에 따라 전단력은 아랫방향 ...
