본문내용
1. 진동의 기본 개념
1.1. 진동의 정의
진동은 물체 또는 질점이 평형위치에서 반복적으로 움직이는 현상을 의미한다. 이는 물체의 탄성과 관성의 작용으로 인해 생겨나는 현상이다. 진동은 기계 및 구조물, 진자의 왕복운동, 튕겨진 현의 운동 등 다양한 방면에서 관찰되는 일반적인 현상이다.
진동의 정의를 보다 구체적으로 살펴보면, 진동은 물체가 평형 위치를 기준으로 반복적으로 움직이는 현상을 의미한다. 즉, 물체가 평형 상태에서 벗어나 운동을 하다가 다시 평형 상태로 되돌아오는 운동을 반복적으로 수행하는 것이 진동이라고 할 수 있다. 이때 물체가 1초 동안 완전한 모션 주기를 거치는 횟수를 진동수 또는 주파수(f)라고 하며, 이는 헤르츠(Hz)로 측정된다.
요약하면, 진동이란 물체가 평형 상태에서 벗어나 반복적으로 움직이는 현상을 의미하며, 이러한 진동 현상은 자연계와 공학 분야 전반에 걸쳐 널리 관찰되고 있다.
1.2. 진동의 특성
진동의 특성이란 진동하는 물체의 고유한 성질과 특징을 의미한다.
첫째, 진동은 운동의 반복이다. 물체가 평형위치에서 벗어나 움직이다가 다시 원래 위치로 되돌아오는 운동을 반복하는 것이 진동의 가장 기본적인 특성이다. 이러한 운동은 탄성력과 관성력의 작용에 의해 발생한다.
둘째, 진동은 주기적이다. 진동하는 물체의 운동은 일정한 주기를 가지고 반복된다. 주기는 운동이 시작된 시점부터 같은 상태로 되돌아오는 데 걸리는 시간을 의미하며, 주기가 짧을수록 진동수가 높다.
셋째, 진동은 진폭을 가진다. 진폭은 물체가 평형위치에서 벗어난 최대 변위를 말하며, 진동의 세기를 나타내는 척도가 된다. 진폭이 클수록 진동의 세기가 강하다고 할 수 있다.
넷째, 진동은 감쇠된다. 외부 마찰력이나 내부 감쇠력의 작용으로 인해 진동의 진폭이 점점 줄어들어 결국 멈추게 된다. 이러한 감쇠 현상은 주기와 감쇠율에 따라 다양한 양상으로 나타난다.
다섯째, 진동은 고유 진동수를 가진다. 모든 물체에는 고유한 고유 진동수가 있어, 이 진동수에 해당하는 외력이 가해질 경우 공진 현상이 발생한다. 공진은 진동의 진폭을 크게 증폭시켜 파괴적인 결과를 초래할 수 있다.
이와 같이 진동은 운동의 반복, 주기성, 진폭, 감쇠, 고유 진동수 등의 특성을 가지고 있다. 이러한 진동 특성을 이해하고 분석하는 것은 진동 현상을 예측하고 이를 활용하거나 제어하는 데 필수적이다.
1.3. 진동의 중요성
진동의 중요성은 다음과 같다.
진동은 일반적으로 해로운 현상이므로 이를 적극적으로 해석하고 방지하는 것이 매우 중요하다. 특히 최근에는 기계와 구조물이 고속화 되어가는 경향에 있으므로 진동해석의 중요성이 날로 높아지고 있다. 1940년 11월 7일 미국의 Tacoma Narrows Bridge가 42mph의 풍 하중에 의해 붕괴되는 사건이 발생하였는데, 이 사건의 주요 원인이 바로 진동에 의한 붕괴이었다. 사소한 진동이 비상식적인 결과를 초래할 수 있는 것이 진동 문제이므로 우리가 구조물을 개발할 때 간과해서는 안 되는 요소가 바로 진동이다. 따라서 진동 분석은 부품이나 기기에서 발생하는 진동, 진폭의 식별, 진동의 원인 판별 및 이로 인한 문제 해결에 중점을 두고 있으며, 이는 매우 중요한 과정이다."
2. 고유 진동수와 그 활용
2.1. 고유 진동수의 개념
고유 진동수는 외부 힘의 영향이 없는 상태...
