[공학]강체와 질점의 정의

소개

기본적으로 알아야할 강체와 질점의 정의에 대한 내용입니다.

목차

강체 [剛體, rigid body]
질점 [質點, material point]

본문내용

강체 [剛體, rigid body]

현상을 쉽게 기술하기 위해 도입한 것으로, 외력을 가해도 크기나 형태가 변하지 않는 이상적인 물체를 말한다. 아주 큰 힘을 받지 않는한 부서지지 않는 대부분의 고체들을 강체로 간주한다.
질점(質點)과 마찬가지로 역학상 중요한 가상(假想) 물체인데, 대부분의 고체는 큰 힘이 가해지지 않는 한 부서지거나 변형되지 않으므로 강체로 간주한다. 물체는 결국 여러 구성입자들의 모임으로 생각할 수 있다. 물체를 구성하는 어떤 두 입자들 사이의 거리가 모두 절대로 바뀌지 않을 때 그러한 물체를 강체라고 한다. 그러나 엄밀하게 말하면 강체는 존재하지 않는다. 물질의 3가지 상태인 기체, 액체, 고체 중에서 고체로 된 물질이 강체로 취급될 수 있는 대상이기는 하지만 엄격하게 이야기하면 고체를 구성하고 있는 분자들도 고체 내부에서 매우 격렬하게 움직이고 있다. 단지 분자 하나 하나가 움직일 수 있는 범위가 정해져 있을 뿐이다.

그러나 실제로 존재하지는 않는다고 하더라도 강체라는 물체를 생각하면 그러한 물체의 운동을 기술하는 방법이 무척 간단해진다. 물체가 강체로 간주될 경우에는 물체 각 부분의 상대적 위치가 변하지 않기 때문에 모든 운동은 평행이동, 즉 무게중심의 병진운동과 무게중심 주위의 회전운동에 의해 결정된다.
그 중에서 평행이동은 강체의 전(全)질량과 이에 작용하는 힘이 모두 무게중심에 모였을 때의 무게중심의 운동으로 나타낼 수 있고, 회전운동은 무게중심 주위의 각(角)운동량의 변화로 나타낼 수 있다. 이 경우 강체의 성질상 무게중심에 대한 각 부분의 질량은 일정하므로 관성모멘트는 항상 일정하게 유지된다.

질점 [質點, material point]

물체의 질량이 총집결한 것으로 간주되는 점
역학적으로는 질량을 갖고 있으면서 부피가 없는 물체를 말한다. 그러나 실제로는 어떤 물체나 부피가 있으므로 질점은 이상적으로만 존재한다. 서로 작용하는 물체 사이의 거리에 비해 물체의 크기가 문제되지 않을 만큼 작고 자전(自轉)을 생각하지 않아도 될 경우, 두 물질을 질점이라 간주할 수 있다. 모든 질점은 스스로 운동상태에 들어갈 수 없으며, 외부에서 힘이 작용하는 상황에서만 운동을 할 수 있다. 외부 힘이 작용해서 질점이 운동하려고 할 때 그 질점이 가진 질량은 외부의 힘에 대해 저항하는데, 이를 관성저항이라 한다.

참고자료

· 백과사전, 인터넷