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공업역학 레포트

목 차1. 서론2. Newton's laws of motion2.1 Newton’s First law2.2 Newton’s Second law2.3 Newton’s Third law3. law of universal gravity3.1 Where Goes Wrong with the Isaac Newton’s Gravitational ‘Moon Test’?4. 결론5. 참고문헌1. 서론사학자들로부터 기계론적 세계관을 형성할 수 있는 주춧돌을 놓아 오늘날의 세계를 신의 섭리 와 무관한 과학 중심의 문명으로 이끌었다고 평가받는 아이작 뉴턴(Isaac Newton)이 사실은 독특 한 신학관을 갖고 있었으며, 신비주의자였다는 사실이 최근 밝혀졌다. 여기서 우리는 기본적인 뉴턴의 운동 법칙과 만류인력의 법칙을 알아보고 거기에 뉴턴 만류인력의 ‘달 실험’은 어디서 잘못되었는지 알아보자.2. 뉴턴의 법칙물체에 작용되는 외력과 물체의 운동과의 관계는 다음과 같은 뉴턴의 법칙으로 기술할수있다.2.1 Newton’s first law한 질점에 작용하는 힘의 합력이 0이라면 정지상태에 있었던 질점은 계속 정지하여 있고, 운동 상태에 있던 질점은 일정속도로 직선운동을 한다. 즉, 모든 물체는 현재의 운동상태를 지속하려는 성질을 가지고 있다. 따라서 관성의 법칙이라고도 한다.∑F=0 ↔2.2 Newton’s second law한 질점에 작용하는 힘의 합력이 0이 아니라면, 그 질점은 합력의 방향으로 합력의 크기에 비례하는 가속도를 갖게 된다.F=ma여기서 F는 질점에 작용하는 모든 힘의 합력, m은 질점의 질량, a는 가속도이며 모두 일관된 단위계로 표시된다.2.3 Newton’s third law접촉하는 두 물체간의 작용력과 반작용력은 크기가 같고, 방향이 반대이며, 같은 작용선상에 있다. 즉, 모든 작용에 대하여 항상 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 따른다.뉴턴의 운동 제1법칙과 제 3법칙은 정지상태에 있는 물체와 그 물체에 작용하는 힘을 연구하기 위하여 정역학에서 많이 이용되서 움직이게 되는것을 관찰할수있다. 물체의 위치가 시간에 따라 변하므로 여러 시각에 대한 질점의 위치를 결정해 줌으로써 그것의 가속도는 일정 크기 a1을 갖는다. 만약 그림(b),(c)와 같이 다른 크기와 방향을 갖는 힘 F2,F3, ... 으로 실험을 반복한다면 질점은 그것에 작용하는 힘의 방향으로 움직이려 할 것이다. 그리고 가속도의 크기 a1,a2,a3, ... 는 대응하는 힘의 크기 F1,F2,F3에 비례하게 될것이다.F1 / a1 = F2 / a2 = F3 / a3 = 상수힘의 크기의 비에 대하여 얻은 상수 값은 질점의 성질로서, m으로 정의되는 질점의 질량이다. 즉, 질량은 질점의 속도 변화에 따라 저항하는 성질을 정량적으로 표시한 것이다. 질량 m인 질점의 힘F를 받고 있을때, 힘 F와 질점의 가속도 a는 다음과 같은 관계를 만족하여야 한다.F = ma질점이 여러 개의 힘을 동시에 받을 경우 위에 식은 다음과 같은 식으로 대치 되어야 한다.∑F = ma여기서 ∑F는 질점에 작용하는 모든 힘이나 합이나 합력으로 표시된다. 만약 질점에 작용하는 힘의 합력 ∑F 가 0 이면 식 ∑F = ma 으로부터 질점의 가속도 a도 역시 0 이다.그런데 질점이 처음에 고정좌표계에 대하여 정지해 있었다면, 그 질점은 정지된 그 상태를 그대로 유지할 것이다. 질점이 본래 v0의 속도로 운전하고 있었다면 질점은 일정한 속도v = v0 를 유지할것이다. 즉 질점은 직선 내에서 일정한 속력 v0로 움직일것이다. 따라서 뉴턴의 제1법칙은 제2법칙의 특수한 경우로 볼수있다. 식 ∑F = ma로부터 동적 평형 운동방정식은 다음과 같이 쓸수있다.∑F - ma = 0여기서 - ma를 힘벡터로 보면 벡터합이 0벡터로 되는 평형 상태로서dynamic eqilibrium이라 한다. - ma백터는 관성력벡터라 하며, 관성이란 속도의 변화에 저항하는 성질을 의미한다. 관성력은 물체에 불평형력이 작용하여 가속도를 일으킬 때 나타나는것으로서 통상적인 힘과는 구별되어야 한다. 운동방정식을 적용할때 질량이 m1,m2인 두 입자 사이에 상호 인력 F는 두 입자를 연결하는 직선을 따라서 작용하며 그 크기는 다음과 같다.F = G여기서, G는 중력상수라고 부르는 만유인력상수이며, 모든 쌍의 입자들에 대하여6.67 x 10-11 m3 . sec2 값을 갖는다. 어떤 두 입자나 물체는 상호인력을 가지고 있으나 이들은 지구 표면에 있을경우 G값이 매우 작으므로 두 물체간의 인력은 무시할수있다.특별한 경우로서, 지구 표면에 있는 한 질점에 작용하는 지구의 인력을 생각해보자. 이 경우 물체에 비해 지구의 질량이 훨씬 크므로 물체와 지구 사이의 인력은 지구의 중력이라고 할수있으며 지구상의 물체와 지구 중심간의 인력을 그 물체 중량이라고 부른다. 이 힘은 그 물체가 낙하할때 중력가속도 g를 일으키므로 뉴턴의 제2법칙을 적용하면 물체의 무게는 다음과 같이 쓸 수 있다.W = mg지구의 질량을 M, 반지름을 R이라고 하면 식 F = G 에 의하여 식 W = mg은 다음과 같이 쓸수있다.W = m( G )따라서 중력가속도의 크기는 다음과 같다.g = G진공에서의 낙하체 실험으로부터 구한 g의 값은 9.81m/s2 이다.3.1 Where Goes Wrong with the Isaac Newton’s Gravitational ‘Moon Test’?아이쟉 뉴턴의 만유인력법칙은 물체간의 끌어당기는 힘이 그 질량의 곱에 비례하고 상호거리의 제 곱에 반비례된다는 것이다. 그는 이와 같은 자신의 이론을 1687년 초판 발행한 에서 만 유인력의 ‘달 시험’을 통해 실증했다. 여기서 뉴턴은 클라우스 호이겐스 등의 달이 지구 중심으로부 터 지구반경의 60배 떨어진 원 궤도를 돈다는 주장과 쟝 피카르가 측정한 지구 평균 반지름 6,372킬 로미터를 이용해 달이 지구 인력에 끌려서 떨어지는 가속도가 지구 표면에서 측정되는 자유낙하 가 속도의 1/60 2이 됨을 증명했던 것이다. 그는 달 구심가속도의 602배가 0.9750m/s 2 이며, 이 값이 당시 알려진 지표면에서의 중력 가속도 0.9780m표준 중력가속도에서 겨우 0.06% 벗어난다. 그런데, 오늘날 알려진 지구 평균 반지름은 6,360킬로미터로 피카르의 측정치가 노우드의 측정치보다 실제 값에 더 가깝다. 그럼에도 불구하고 노우드의 측정치를 대입했을 때 실제 값에 더 가까운 이유는 뭘까? 뉴턴이 처음 이 문제에 도전했을 때 한 가지 간과한 중요한 사실이 있 었다. 그것은 달의 질량이 지구 질량에 비해 무시할 수 없을 만큼 크기 때문에 달이 지구 중심을 도 는 대신 지구와 달의 무게 중심 주위를 돈다는 사실이다. 이런 점을 고려하고 지구 중심에서 달까지 의 거리가 지구 반경의 60.27배이며 지구 평균 반지름이 6,360킬로미터라는 최근 측정치를 반영해 새 로이 계산을 해보면, 달의 구심가속도로부터 구해지는 지구 표면의 중력 가속도가 0.9830m/s 2이 된다. 그런데, 지표면에서의 표준 중력가속도는 지구 자전에 의한 원심 가속도 성분을 포함하고 있어 만유 인력법칙을 증명하는데 쓸 수 없으며, 대신 극지에서의 중력가속도 0.9832m/s 2를 사용하는 것이 바람 직하다. 이 경우 약 0.02 %의 차이가 나 뉴턴의 만유인력법칙이 0.1% 이내의 정확도로 성립함을 확인 할 수 있다.핵심어 : 아이쟉 뉴턴, 달 시험, 지구 평균 반지름, 지구 표면의 중력 가속도, 지구와 달의 무게 중심3.2 뉴턴의 지구-달 무게중심 보정시도뉴턴의 ‘달 시험’의 문제는 달의 질량이 지구 질량에 비해 무시할 수 있을 만큼 작지 않다는 사 실을 고려하지 않았다는 데 있다. 이 경우 달이 일방적으로 지구 주변을 회전하는 것이 아니라 지 구와 달이 두 천체를 포함하는 체계의 무게 중심을 회전하는 양상을 띄게 된다.[14] 뉴턴은 1712년 의 첫번째 개정판에서 이 문제를 다루었다. 이 문제를 제대로 풀려면 달의 질량을 알아야했는데, 뉴턴은 달의 질량이 지구의 약 1/40 정도인 것으로 계산했고(실제로는 약 1/81), 그 결과 지구-달 체계의 무게중심이 지구 바깥에 있다고 생각했다.(실제로는 지구중심에서 약 4,700킬로미다. 지구 - 달 체계의 무게 중심에서 달까지의 거리를 D’M 이라고 하면, D’M = DM - 0.74RE = 60.27RE - 0.74RE = 59.53RE 가된다.달은 지구 중심둘레를 회전하는것이 아니고 지구 - 달 계의 무게중심으로 회전하므로 보정된 달의 구심 가속도 a’M은 다음과 같다.D’M = 59.23RE , TM = 2,360,580s, DM / RE = 60.27을 대입하고 풀면, g = 1.546x10-6 x RE/s2이고, RE = 6,360 km를 대입하면, 지표면에서의 평균 가속도는 g = 0.9830m/s2 로 구해진다.이값은 지구 표면에서의 표준 중력가속도 0.9806 m/s2 보다 0.2% 정도 큰 값이다. 이 값은 지구 표면에서의 표준 중력가속도 0.9806 m/s2 보다 0.2% 정도 큰 값이다. 그런데, 뉴 턴의 ‘달-시험’에서 구한 평균 중력 가속도는 지구의 표준 중력 가속도보다는 극지에서의 중력 가 속도와 비교해야한다. 적도에서의 중력가속도가 극지보다 작은 것은 적도반지름이 극반지름보다 큰 이유도 있지만, 그보다는 극지엔 없지만 적도에는 지구 자전에 의한 원심가속도가 존재하는데 크게 기인한다. 극지에서의 지구 반지름은 6,357km로 오늘날 결정된 지구의 평균 반지름인 6,360km와 거의 같고, 지구 자전에 의한 원심력 효과도 없으므로 극지에서의 중력가속도 g = 0.9832 m /s2 가 지표면에서의 평균 가속도에 근접하는 값이라고 볼 수 있다. 이처럼 극지에서 의 중력 가속도는 g = 0.9830 m/s2 로 계산된 지표면에서 평균 가속도와 0.02% 차이 밖에 나지 않으므로 0.1% 이내의 정확도로 뉴턴의 만유인력법칙이 성립함을 확인할 수 있다.4. 결론결론으로 우리는 이와같이 가장 기본적이면서 근본이 되는 뉴턴의 운동법칙에 대해 알수있었고, 뉴턴은 지상에서 사과가 지구 중심을 향해 자유낙하하는 것과 동일한 힘이 달에 작용한다고 생각을 했다. 또, 질량이 있는 물체 사이에는 그 거리의 제곱에 반비례 하며 힘이 작용MAT1

공학/기술| 2024.01.09| 7페이지| 1,000원| 조회(133)

항공, 공업역학

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공유압 레포트

목 차1. Hydraulic power system1.1 기본요소2. 구성품2.1. Reservoir2.2. Hydraulic Pump- Gear Type Pump- Gerotor Type Pump- Vane Type Pump- Piston Type Pump - Axial piston Pump- Radius piston Pump- Hand operated Pump - single Acting hand Pump- Double Acting hand Pump2.3. Accumulators- Diaphragm Type Accumulator- Bladder Type Accumulator- Piston Type Accumulator2.4. Filter / Strainer3. Pressure control and regulation3.1. Pressure regulation3.2. Relief Valve- System relief Valve- Temperature relief Valve3.3. Purge Valve3.4. Priority Valve4. Flow Diesction and Volume Control4.1 Selector Valve4.2 Orifice4.2.1 Check Valve참고문헌1. Hydraulic Power Systems유압동력 계통은 작동유에 압력을 가하여 기계적인 에너지를 압력 에너지로 변환시키는계통이다.이 계통은 작동유를 저장하는 레저버, 압려을 가하는 펌프, 계통 내의 압력을 안정시키거나 비상시의 동력 공급을 위한 축압기 및 작동ㅇ의 청결 정도를 위한 여과기 등으로 구성되어있다.1.1 기본요소1. 작동유를 저장하고 일정량을 유지 보충하기위한 레저버2. 작동유를 장치 내로 가압하여 공급하는 펌프3. 펌프를 구동시키는 전기 모터나 그 밖의 동력원4. 유체의 방향, 압력 및 유량을 조절하는 각종 제어 밸브5. 유체의 에너지를 필요한 작업을 위해서 힘 또는 토크 등의 기계적인 일로 변화 시키는 장치6. 유체가 통과하고 이송되는 관으로서, 펌프로부터 2. 구성품2.1 Reservoir레저버는 작동유를 펌프로 공급하고, 계통으로부터 귀환하는 작동유를 저장하는 동시에, 공기 및 각종 불순물을 제거하는 장소의 역할을 한다. 또, 계통 내에서 열팽창에 의한 작동유의 증가량을 축적시키는 역할도 하며, 레저버는 착륙장치, 플랩 및 그 밖의 모든 유압 작동장치를 구동시키는 구성부품에서부터 유압계통으로 되돌아오는 모든 작동유를 저장할수있는 충분한 용량이여야 한다. 레저버의 용량은 작동유의 온도가 37.7(OC)에서 150[%]이상이거나, 축압기를 포함한 모든 계통이 필요로 하는 용량의 120[%]이상이어야 한다.주입구에는 불순물을 거르는 Filter, 양을 알수있는 Sight Gage가 있다. Return Line연결구는 Reservoir안의 정상 유면보다 아래쪽에 있어, Reservoir안에서 작동유의 거품을 방지한다.2.2 Hydraulic PumpsHydraulic Pump는 기계적 에너지를 유압 에너지로 바꾸는것으로, 유체에 압력을 가하는 장치이다. 펌프에는 동력 펌프가 있고 수동 펌프가 있는데, 동력 펌프는 기관, 공기 터빈, 전동기 및 유압 모터에 의하여 구동된다.- Gear Type Pump기어형 펌프는 2개의 기어가 맞물려 회전하는 것으로, 1개의 기어는 기관의 구동부에 연결되어 회전하고, 다른 1개의 기어는 구동기어와 맞물려 회전한다. 그림과 같이 기어가 회전하면 흡입구쪽에는 체적이 증가되어 압력이 낮아지므로 작동유가 빨리 들어오고, 반대쪽 배출구에는 체적이 감소되므로 작동유가 밀려 나가게 된다.- Gerotor Type Pump제로터형 펌프는 그림과 같이 편성된 고정 라이너와 안쪽 라이너와 밆착된 5개의 넓은 이를 가진 안쪽 구동 기어 및 출구와 입구에 연결된 반달 모양의 통로가 있는 커버로 구성되어 있다. 구동축에 의하여 안쪽 구동 기어가 시게방향으로 회전하면서 바깥쪽 기어가 따라서 돌게 된다.- Vane type Pump베인형 펌프는 원통형 케이싱 안에 편심된 로터가 들어 있으며, 로터에는 홈이 있원리는 그림에 나타낸 바와 같이, 로터의 회전에 의한 원심작용으로 베인은 케이싱의 안벽과 밀착된 상태가 되므로 기밀이된다. 반지름 방향의 홈이 있는 로터가 캠 링 내에서 회전하게 되면 홈 내의 베인이 캠 링에 접촉하여 회전하게 된다.- Piston Type Pump피스톤형 펌프는 피스톤이 실린더 내에서 왕복운동을 하여 펌프 작용을 하며 고속, 고압의유압 장치에 적합하다. 피스톤 펌프는 고정 체적형과 가변 체적형이있고, 축 방향 피스톤펌프와 반지름 방향 피스톤 펌프가있다. 축 방향 피스톤 펌프는 피스톤이 펌프 축에 설치되어 있고, 반지름 방향 피스톤 펌프는 피스톤이 펌프 축에 직각으로, 즉 반지름 방향으로 배열되어있다.1. Axial Piston Pump축방향 피스톤 펌프에는 인라인형과 경사축형의 두가지가 있다. 피스톤은 그림과 같이 경사판에연결되어 회전한다. 경사판은 전후방향으로 경사각도를 변화시킬 수 있게 되어있다. 이것은 피벗을 통하여 설치되어 있으며, 서보장치에 의해 자동적으로 제어되기도 한다. 실린더블록을 회전시키면 피스톤이 구명 A의 위치에 있을때 흡입하게 되고, 구멍 B의 위치에 있을때 배출하게된다.2. Radius Piston Pump이 펌프는 구조가 가장 복잡한 펌프로서 정교하게 설계되어 있고 높은 압력, 대용량, 고속 가변형에 적합하다, 반지름 방향 피스톤 펌프에는 회전 캠형과 회전 피스톤형이 있다.회전 캠형은 피스톤이 고정된 몸체에 부착되어 있으며, 캠이 있는 중심축이 회전하여 이들 피스톤을 작동시킨다. 회전 피스톤형은 피스톤이 회전 실린더에 설치되어이고, 회전 실린더는 바깥 하우징에 오프셋으로 설치되어 있다. 따라서 실린더가 회전하면서 피스톤이 하우징에 따라 움직여 펌프 작용을 하게 된다.가변변위 형식의 펌프는 고정식 펌프와 비슷하지만 실린더 블록과 구동축을 동축으로 되어있다.피스톤은 고정된 계철을 회전시키는 슈에 연결되어 있고 요크와 실린더 블록의 각도는 요구에 따라 펌프의 행정을 증가시키거나 감소시킬수있다. 계통의 압력이 낮으면 제어 피ed Pumps수동펌프는 재래식 또는 현재 일부 항공기에서 동력 펌프가 고장났을때 비상용으로 또는 유압계통을 지상에서 점검할때 사용된다. 형식으로는 Single Acting Hand Pump, Double Acting Hand Pump가 있다.- Single Acting Hand Pump싱글 액팅식 수동 펌프는 핸들을 오른쪽으로 움직이면 실린더 안에는 저압이 되어 레저버로부터 작동유가 흡입체크밸브를 통하여 흡입된다. 다시 핸들을 왼쪽으로 움직이면 실린더 내의 작동유는 압축되어 배출 체크밸브를 통해 계통으로 공급된다.- Double Acting Hand Pump더블 액팅식 수동 펌프는 피스톤이 오른쪽으로 움직이면 피스톤의 왼쪽 실린더에는 저압이 형성되어 1번 체크밸브가 열려서 작동유가 흡입되고, 동시에 피스톤의 오른쪽 실린더 안의 작동유가 가압되어 4번째 체크밸브를 열고 계통으로 공급된다.2.3 Accumulators축압기는 가압된 작동유를 저장하는 통으로서, 여러개의 유압기기가 동시에 사용될때 동력펌프를 돕고, 동력 펌프가 고장났을 때에는 저장되었던 작동유를 유압기기에 공급한다. 또 유압계통의 surge현상을 방지하고, 유압계통의 충격적인 압력을 흡수하면 압력 조정기의 개폐 빈도를 줄여 펌프나 압력조정기의 마멸을 적게한다.종류내용Diaphragm Type Accumulator2개의 오목한 금속 반구를 합성 고무로 된 다이어프램 사이에 넣고 조립하여 작동유 실과 공기실을 형성한다. 펌프로부터 작동유의 공급이 없거나 작동유의 압력이 부족할 때 공기의 압력으로 다이어프램이 밑으로 밀려 내려오므로 공기가 압축되고 작동유가 충전되며, 계통압력과 공기 압력이 같아져서 평형이된다.Bladder TypeAccumulator1개의 금속제 둥근 통과 합성 고무제의 블래더로 구성되어있다. 윗쪽에는 작동유 출입고, 아래쪽에는 공기 밸브가 있고, 블래더의 중앙에는 금속제 디스크가 설치되어 있어서 공기 압력이 블래더를 유압계통 출구로 밀어내는 것을 방지한다.Piston TypeAccu, 피스톤과 실린더 벽 사이에는 누설을 방지하기 위한 2개의 고무실이 있다. 또, 2개의 고무실 사리의 윤활을 위하여 작동유의 유로가 있으며, 공기압력과 유압이 균형을 이루는 위치에서 피스톤은 평형이된다.2.4 Filter / Strainer유압작동유에 있어서 가장 중요한 조건 중의 한가지는 청결 정도이다. 작동유에는 선택 밸브나 펌프 등의 마멸에 의하여 작은 금속가루가 생긴다. 이 같은 감속가루는 여과기로 여과하지않으면 구성 부품을 손상시키거나 작동 불량을 초래 할수있다. 여과기는 레저버내부, 압력관, 귀환관 및 그 밖의 계통을 보호하기 위하여 필요한 모든 장소에 설치한다. 여과의 능력은 마이크론으로 나타낸다. 여과기는 Cuno Filter, Micron Filter가있다. 쿠노형 여과기는 수십장의 편심 원판으로 구성되어, 원판은 스테이서에 의하여 서로 일정한 간격으로 유지되고 회전 가능한 중심축 또는 스핀들에 장치되어있다. 마이크론 여과기는 최근 유압계통용으로 개발된 것으로, 작동부붐간의 간격이 극히 적고, 압력 저하가 작은 레저버 입구의 귀환관에 장착하는 경우가 많다.3. Pressure Control and Regulation일정용량식 펌프에서 형성된 압력은 기관의 회전수와 계통의 상태에 따라 일정하지가 않다.따라서 유압계통은 항상 일정한 압력을 요구하기 때문에 어느 한계이상이거나 이하가 되지않도록 압력을 조절해야한다. 그리고 유압은 필요한 계통에 직접 공급되기도 하고, 계통의 요구에 따라 감압되기도 한다. 또 계통 내의 작동유의 온도변화로 인한 과도한 압력 상승을 제한해야 하고, 계통 중에 포함된 기포를 제거해야 한다. 이와 같은 목적으로 쓰이는 장치를 압력조절기, 압력릴리프밸브 및 제어 장치라 한다.3.1 Pressure Regulator압력조절기는 일정 용량식 펌프를 사용하는 유압계통에 필요한 장치로서, 불규칙한 배출 압력을 규정 범위로 조절하고, 계통에서 압력이 요구되지 않을 때에는 펌프에 부하가 걸리지 않도록 한다. 압력조절기에는 체크밸브와 바

공학/기술| 2024.01.09| 7페이지| 1,000원| 조회(126)

공유압, 항공공학

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