장력(물리학)

물리학에서 장력은 끈, 케이블, 체인 또는 유사한 물체에 의해 축방향으로 전달되는 당기는 힘 또는 로드, 트러스 부재 또는 유사한 3차원 물체의 양 끝에 작용하는 힘의 작용-반응 쌍으로 설명될 수 있다.긴장은 압축의 반대일 수 있습니다.

원자 수준에서, 원자나 분자들이 서로 떨어져 나가고 복원력이 여전히 존재하는 상태에서 위치에너지를 얻을 때, 복원력은 장력이라고도 불리는 것을 만들어 낼 수 있다.이러한 장력을 받는 끈 또는 막대의 각 끝은 끈/막대를 느슨한 길이로 되돌리기 위해 부착된 물체를 잡아당길 수 있습니다.

장력(전달력, 작용-반응력 쌍 또는 복원력)은 국제 단위계의 뉴턴 단위(또는 제국 단위로는 파운드 힘)로 측정된다.장력을 전달하는 끈 또는 기타 물체의 끝은 끈 또는 막대가 연결된 물체에 부착 지점의 끈 방향으로 힘을 가합니다.장력으로 인한 이러한 힘을 "수동력"이라고도 합니다.끈에 ^[1]의해 유지되는 물체의 시스템에는 두 가지 기본적인 가능성이 있습니다: 가속도가 0이고 따라서 시스템이 평형 상태에 있거나 가속도가 있고 따라서 시스템에 순 힘이 존재합니다.

아일랜드 챔피언 줄다리기 팀의 9명의 남자들이 밧줄을 잡아당긴다.사진 속의 로프는 로프의 인접 부분을 보여주는 그림으로 확장되어 있다.한 세그먼트는 자유체 다이어그램에 중복되어 있으며, T는 축방향으로 전달되며 장력이라고 불린다.밧줄의 이쪽 끝이 줄다리기 팀을 오른쪽으로 끌어당기고 있다.로프의 각 세그먼트는 인접한 두 세그먼트에 의해 분리되며, 두 축구장의 멤버를 따라 변할 수 있는 텐션이라고도 불리는 세그먼트에 힘을 가합니다.

일차원 장력

문자열의 장력은 음이 아닌 벡터량입니다.장력이 제로입니다.끈이나 로프는 길이가 있지만 단면이 0인 질량이 없는 1차원으로 이상화되는 경우가 많습니다.진동이나 도르래에서 발생하는 것처럼 끈에 굴곡이 없는 경우 장력은 끈의 양끝에 가해지는 힘의 크기와 동일한 일정합니다.뉴턴의 제3법칙에 따르면, 이것들은 끝이 붙어있는 물체에 의해 끈의 끝에 가해지는 힘과 같다.끈이 하나 이상의 도르래를 따라 휘어져도 도르래가 질량이 없고 마찰이 없는 이상적인 상황에서는 길이를 따라 일정한 장력을 유지합니다.진동하는 현은 현의 장력에 따라 달라지는 일련의 주파수로 진동합니다.이러한 진동수는 뉴턴의 운동 법칙에서 도출될 수 있다.끈의 미세한 각 세그먼트는 줄을 따라 그 위치의 장력과 동일한 힘으로 이웃하는 세그먼트에 의해 당겨지고 당겨집니다.

스트링에 곡률이 있는 경우 2개의 네이버가 세그먼트를 풀링하면2개의 네이버에 의해 세그먼트가 풀링되지 않고 스트링의 그 세그먼트에 네트포스가 가해져 가속이 발생합니다.이 순력은 복원력이며, 스트링의 움직임은 스투름-리우빌 이론의 중심 방정식을 푸는 횡파를 포함할 수 있습니다.

\displaystyle - {\frac {d} {\bigg (x) {\frac {d\rho (x)} {\bigg} {\bigg } + v (x) \rho (x) = \ obega ^{2} \ rho (x)

v(x)

서

v(x)

v (

v(x)

) {

displaystyle

v

(x)}

는

v(x)

단위 길이당 힘 상수 [면적당 힘]이고,

§

2 {

displaystyle \obega ^{

2}}는

\omega ^{2}

^[2]현의 횡방향 변위 공명

\rho (x)

(

\rho (x)

) {

displaystyle \rho (x)}

에

\rho (x)

대한 고유값이며, 현악기의 다양한 고조파를 포함하는 해입니다.

3차원 장력

장력은 또한 로드 또는 트러스 부재와 같은 3차원 연속 재료의 단부에 의해 가해지는 힘을 설명하기 위해 사용됩니다.이 맥락에서 장력은 음압과 유사하다.장력을 받는 막대가 늘어나다.신장의 양과 고장을 일으키는 하중은 힘 자체보다는 단면적당 힘에 따라 달라지므로, 응력 = 축력/단면적은 장력보다는 공학적 목적에 더 유용하다.응력은 텐서라고 불리는 3x3 매트릭스이며, 응력 텐서의 § $(\$ _ ${11})$ 요소는 $\sigma _{11}$ 면적당 인장력 또는 면적당 압축력이며, 로드가 길어지지 않고 압축될 경우 이 요소의 음수로 표시됩니다.

따라서 응력 텐서의 트레이스를 취함으로써 장력과 유사한 스칼라를 얻을 수 있다.

시스템 평형 상태

모든 힘의 합이 ^[1]0일 때 시스템은 평형 상태에 있다.

{\displaystyle\sum {F}}=0}

예를 들어, 일정한 속도로 장력 T를 갖는 끈에 의해 수직으로 하강하는 물체로 구성된 시스템을 생각해 보자.이 시스템은 일정한 속도를 가지고 있으며, 따라서 물체를 끌어 올리는 끈의 장력이 무게와 같기 때문에 평형 상태에 있습니다. mg는 질량이고 g는 ^[1]지구 중력에 의해 발생하는 가속도입니다.

\sum {F}}=vec {T}}+m{\vec {g}}=0

순력 하의 시스템

시스템은 불균형적인 힘을 가할 때 순력을 갖는다. 즉, 모든 힘의 합계가 0이 아니다.가속력과 순력은 항상 ^[1]함께 존재합니다.

(\displaystyle\sum {F}}\neq 0)

예를 들어 위와 같은 시스템을 고려하되, 물체가 하강 속도가 증가하여(양가속도) 시스템 어딘가에 순력이 존재한다고 가정합니다.이 경우 마이너스 가속은 m $|mg|>|T|$ > $displaystyle mg$ > T $|mg|>|T|$ ^[1] $|mg|>|T|$ 을 나타냅니다.

\sum {F}}=vec {T}}-m{\vec {g}}\neq 0

다른 예에서는 $m_{1}$ $(\$ 과 $m_{1}$ $(\$ 를 가진 2개의 바디A와 B가 마찰이 없는 풀리 상에서 확장 불가능한 스트링으로 서로 연결되어 있다고 가정합니다.차체 A에는 무게( $w_{1}=m_{1}g$ 1 $w_{1}=m_{1}g$ $w_{1}=m_{1}g$ 1 $w_{1}=m_{1}g$ { $displaystyle w_{1$ } = $m_{1}$ g $w_{1}=m_{1}g$ )가 아래로 당겨지고 끈이 위로 당겨지는 $장력$ T $({$ $displaystyle$ T})의 $T$ 두 가지 힘이 작용합니다.따라서 본체 A의 $F_{1}$ ({ $display$ $style$ F_ $F_{1}$ $1}-T$ 은 $w_{1}-T$ - $T$ 이므로 $m_{1}a=m_{1}g-T$ a $m_{1}a=m_{1}g-T$ $m_{1}a=m_{1}g-T$ g - $m_{1}a=m_{1}g-T$ ({ $displaystyle m_{1}a=m_{1}g-T$ 확장 가능한 문자열에서는 후크의 법칙이 적용됩니다.

현대 물리학의 끈

쿼크 사이의 상호작용의 일부 모델에서 사용되는 끈이나 현대의 끈 이론에서 사용되는 끈과 같은 상대론적 이론에서 끈과 같은 물체들 또한 장력을 가지고 있습니다.이러한 문자열은 월드 시트로 분석되며 에너지는 일반적으로 문자열의 길이에 비례합니다.그 결과, 이러한 스트링의 장력은 스트레칭량과 무관하다.

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레퍼런스

^ ^a ^b ^c ^d ^e 과학자와 엔지니어를 위한 물리학과 현대물리학 섹션 5.7.제7판, Brooks/Cole Cengage Learning, 2008.
^ A. Fetter와 J. Walecka.(1980).입자와 콘티뉴아의 이론 역학뉴욕: 맥그로힐

[Physics-1] 과학자와 엔지니어를 위한 물리학과 현대물리학 섹션 5.7.제7판, Brooks/Cole Cengage Learning, 2008.

[2] A. Fetter와 J. Walecka.(1980).입자와 콘티뉴아의 이론 역학뉴욕: 맥그로힐

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