일반 물리 회전 역학 개념과 해설

소개글

일반물리 시험 대비를 위한 회전역학 정리와 연습용 문제 + 해설입니다.

목차

Ⅰ. 강체 회전역학
1. 회전의 정의
2. 강체
3. 회전 운동식
4. 병진운동과 회전 운동사이의 관계
5. 관성 모멘트
6. 토크
7. 일 운동에너지 정리
8. 각 운동량
9. 문제
10. 해설

본문내용

회전(rotation)은 어떠한 축, 중심을 기준으로 물체가 도는 것을 의미한다. 직선 운동에서는 움직이 는 물체를 어느 한 입자로 모델링해 역학 법칙을 적용시킬 수 있지만, 회전 운동에서 이러한 모델링은 불가능하다. 물체의 각부분의 속도가 각각 다르기 때문이다. 따라서 한 입자가 아닌 여러 입자의 모임으로 보고 역학 법칙을 적용 시켜야 한다.

*일반적으로 이런 모델링에서 쓰이는 입자는 크기를 무시하고 질량이 한점(일반적으로 입자의 중심)에 모여있다고 가정하는 이상적인 입자로 점입자라고도 불린다(점질량이라는 용어도 쓰인다.)

여러 입자의 운동을 분석하는 것은 매우 어려운 일이다. 하지만 만약 물체를 이루는 입자들 끼리의 상대적 위치가 항상 고정 되어 있다면, 보다 쉽게 물체의 운동을 분석할 수 있다. 이러한 물체를 ‘강체(rigidobject)’라 부른다. 강체는 외력이 가해져도 모양, 크기가 변형되지 않는다. 분석하고자 하는 물체가 변형이 매우 작다면 강체 모형은 그 물체의 운동을 분석하기에 매우 유용하다.
회전 운동을 분석하기 위해서는 회전 변수들이 필요하다. 이는 직선 운동에서 쓰인 위치, 속도, 가속도 등의 변수와 같은 역할을 할 것이다. 그림 1은 중심축을 기준으로 회전하고 있는 디스크를 나타낸 것이다. 디스크 중심 O 를 중심으로 디스크의 모든 입자들이 회전 운동을 한다. 이 중 기준선 위의 점 P0 는 중심 O 로 부터 r 만큼 떨어져 있다. 디스크가 θ만큼 회전해 P0 위의 점이 P1 까지 이동했다면 이 점이 그리는 궤적의 길이 s 는 다음과 같이 나타내 질 수 있다.
θ 는 단위가 없다. 이는 호의 길이 s 와 원의 반지름 r 의 비로 어느 물리량을 가르키는 것이 아닌 비를 나타내는 수이기 때문이다. 일반적으로 θ 에 인위적인 단위를 부여해서 쓴다. 이를 라디안(rad)이라 한다. 1rad는 s 와 r 가 같을 때를 나타낸다. 기준 선을 중심으로 회전한 각이 360°일 때

참고 자료

없음