▷포스커플이란? (공식 및 예)

이 기사에서는 힘쌍이 무엇인지, 힘쌍의 모멘트를 계산하는 방법에 대해 설명합니다. 또한 토크의 속성과 계산 방법에 대한 구체적인 예를 확인할 수 있습니다.

포스커플이란?

힘 쌍(force pair)은 크기는 동일하지만 방향이 반대인 두 개의 평행한 힘에 의해 형성된 시스템입니다. 또한 몇 가지 힘의 힘은 몸체에 회전 운동을 생성합니다.

예를 들어 양손으로 자동차의 핸들을 돌리면 핸들에 약간의 힘이 가해집니다.

한 쌍의 힘의 중요한 특징은 적용된 두 힘이 동일한 방향과 강도를 갖지만 방향이 반대이기 때문에 시스템의 결과 힘이 0이라는 것입니다. 따라서 시스템은 힘의 균형을 이루고 있습니다.

➤ 참조: 합력 계산 방법

물리학에서는 한 쌍의 힘을 토크 또는 간단히 토크라고도 합니다.

어떤 힘의 순간

몇 가지 힘이 가해지는 몸체에 모멘트를 생성합니다. 한 쌍의 힘의 모멘트는 시스템의 힘의 크기에 두 힘을 분리하는 거리를 곱한 것과 같습니다.

$M=F_1\cdot d=F_2\cdot d$

강체 중심에서 한 쌍의 힘의 총 모멘트(또는 토크)는 두 힘에 의해 생성됩니다. 그리고 두 힘은 동일한 모듈을 가지고 있지만 방향이 반대이기 때문에 둘 다 동일한 크기와 방향의 모멘트를 생성합니다.

따라서 몇 가지 힘에 대한 공식을 보여주는 것은 매우 간단합니다. 힘에 의해 생성된 두 모멘트의 값을 추가하면 충분합니다.

$\begin{aligned}M&=F_1\cdot \cfrac{d}{2}+F_2\cdot \cfrac{d}{2} \\[1ex]&=F_1 \cdot \cfrac{d}{2 }+F_1 \cdot \cfrac{d}{2}\\[2ex] & = F_1\cdot d \\[2ex] &=F_2 \cdot d\end{aligned}$

몇 가지 힘의 모멘트는 신체의 회전 운동을 생성하므로 회전 평형 상태에 있지 않습니다. 즉, 강체는 힘 균형을 이루고 있지만 순간 균형은 유지되지 않습니다.

일부 힘의 예

몇 가지 힘의 정의가 주어지면 개념 동화를 완료하기 위해 몇 가지 힘의 모멘트를 계산하는 방법에 대한 예를 살펴보겠습니다.

3m 떨어진 16N의 힘 쌍에 의해 생성된 모멘트를 계산합니다.

운동의 힘 토크 순간을 결정하려면 위 섹션에서 본 공식을 적용해야 합니다.

$M=F_1\cdot d$

이제 문제의 데이터를 공식으로 대체하고 두 힘의 모멘트를 계산합니다.

$M=16\cdot 3=48 \ Nm$

힘 토크 속성

일반적으로 힘쌍에는 다음과 같은 특징이 있습니다.

시스템 힘의 방향에 따라 몇 가지 힘이 전달될 수 있으며 그 결과는 변하지 않습니다.
생성된 효과는 동일하므로 한 쌍의 힘을 다른 평행 평면으로 전달할 수도 있습니다.
강체가 중간점을 중심으로 회전함에 따라 한 쌍의 힘이 동일한 모멘트를 생성하는 단일 등가 힘으로 변환될 수 있습니다.
수학적으로 몇 가지 힘은 크기가 다르고 팔 길이가 다른 등가 시스템으로 대체될 수 있으며, 이는 생성된 힘의 순간을 보존하는 데 충분합니다.