운동역학 : 토크 (힘의 모멘트)

• 토크
• 1) 자전거의 기어장치
• 2) 윗몸일으키기를 할대 팔의 위치

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1. 토크 (힘의 모멘트)

• 물체에 비평형의 편심력이 가해지면 힘의 작용선이 물체중심을 통과하지 않고 벗어나게 되며 물체는 축이나 고정점을 중심으로 하여 회전 또는 각운동을 수행하게 된다.
• 편심력 : 작용선이 물체의 중심을 통과하지 않는 힘
• 편심력이 물체에 가해지면 그 물체는 축 또는 고정점을 중심으로 회전하려는 경향이 나타나는데 이를 토크 또는 힘의 모멘트라고 한다.
• 선운동은 물체에 가해진 힘의 작용선이 물체의 무게중심을 통과할 경우에 일으나며, 병진운동은 비평형의 편심력에 의해 일어난다.
• 크기가 같고 방향이 서로 반대이며 평행인 두개의 편심력인 짝힘이 물체에 가해지면 선운동 경향이 상쇄되어 물체는 제자리에서 회전하려는 경향만 존재하게 된다. ( http://me2.do/xGaiU22z )
• 토크(T) = F (편심력) * d (힘의 작용선으로부터 회전축까지의 수직거리, 모멘트팔의 길이)
• 토크는 편심력의 근원에 따라 내적토크, 외적토크로 구분된다.
• 토크는 회전을 일으키는 추진토크와 저항토크로 구분된다.
• 토크는 힘 뿐만아니라 그 힘이 가해진 작용점의 위치에 따라 그 크기와 운동의 변화정도가 결정된다.

 

 

2-1. 자전거의 기어장치

• 1단기어는 반경이 큰 톱니바퀴에 체인이 연결되며 5단기어는 반경이 작은 톱니바퀴에 연결된다.
• 톱니바퀴의 반경이 클수록 자전거의 체인에 발현된 힘의 모멘트 팔이 길어져 결과적으로 추진토크가 증가하게 된다.
• 즉 동일한 힘으로 폐달을 밟아도 톱니바퀴 반경 차이에 따라 뒷바퀴를 회전시키는 추진토크가 차이가 있게 된다.
• 동일한 힘으로 가장 큰 가속도를 얻기 위해서는 톱니바퀴의 반경이 큰 1단기어를 사용해야 한다.
• 저단기어는 고단기어에 비하여 힘에 있어서는 이득을 보지만 속도와 거리에는 손해를 보게 된다.
• 고단기어는 저단기어에 비하여 상대적으로 힘에 있어서는 손해를 보지만 거리와 속도에서는 이득을 보게 된다.

 

 

2-2. 윗몸일으키기를 할때 팔의 위치

• 손을 내린경우(a), 팔짱을 낀 경우(b), 양손을 머리 뒤로 가져간 경우(c)
• 토크는 상체 무게에 의한 저항 토크로 작용하기 때문에 이를 극복하는데 요구되는 복근력이 (c)자세에서 가장 크게 요구된다. 즉 모멘트 팔의 길이에 길면 이를 극복하기 위한 신근력이 상대적으로 크게 요구된다.
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운동역학 공식 : 단위변환/ 힘.토크.지면반력.구심력 / 운동량 / 충격량 / 일.파워.에너지/ 충돌계