정역학 용어 : 응력, 전단응력, 비틀림응력

신체에 작용하는 힘을 일반적으로 흔히 부하(load)라 말합니다.
힘이나 부하는 신체를 안정시키는 역할도 있지만
신체에 변형이나 손상을 줄 수 있는 가능성도 있습니다.

가장 흔하게 근육뼈대계통에 적용되는 부하들을 설명드리겠습니다.

건강한 조직들은 그들의 형태 혹은 조직들을 변형시키려는 힘 또는 부하에 대하여 저항할 수 있는 내적인 능력이 있습니다. 

내적인 능력에 대한 용어들을 설명드리겠습니다.

부하(load)를 수용하고 분산시키는 관절주위 결합조직들의 능력은 물리치료, 도수치료, 그리고 정형의학에서 중요한 연구의 주제입니다.

예를들어, 뼈엉성증(골다공증, osteoporosis)으로 약화된 넙다리뼈의 몸쪽 부위는
낙상의 충격에 의해 골절될 수 있습니다.
넙다리뼈목의 압박(compression) 이나 비틀림(torision), 전단(shearing), 또는 굽힘(bending)에 의해 골절되는 것입니다. 이러한 용어들에 대해 설명을 드리겠습니다

1. 응력(stress)

- 외력이 구조물에 작용할 때 내부에서 원형을 유지하려는 내력을 말한다

- 단위면적당 힘(force)으로 나타낸다

- 이는 압력, 강도(strength)와 단위가 같다.

 

🎯 수직응력 (normal stress) (축응력, axial stress) :
- 하중이 단면적에 수직으로 발생하는 응력을 말한다.

- 단면에 수직으로 잡아 당길 때(인장, tension), 내부에서 원형을 유지하려는 응력을 인장응력(tension stress, 장력)
   예) "장력이 있다. 텐션이 있다" 라는 표현은  : 잡아 당겨진 조직에서 탱탱함이 느껴진다는 뜻입니다.

 - 단면에 수직으로 눌러 압축할 때(압축, compression), 내부에서 원형을 유지하려는 응력을 압축응력(compression stress, 압력)이라고 한다.

🎯 응력의 종류

 

 

2. 전단 응력(shear stress)

- 작은 단면에 평행하게 힘을 가할 때, 내부에서 원형을 유지하려는 응력을 말한다

(참고: 국제표준단위계)

- 물체의 어떤 단면에 평행하게 서로 반대 방향으로 한 쌍의 힘을 작용시키면
  물체는 그 면을 따라 미끄러져서 전단된다. 이 작용을 전단작용이라고 한다.
  물체에 미치는 이 힘을 전단력(shear force)이라고 한다.
  이 전단력에 의해서 물체 내부의 단위면적에 생기는 내력(응력)을 전단응력(shear stress)이라고 한다.

 - 전단되는 면을 따라서 매우 작은 직사각형을 생각하면, 전단력(shear force)에 의해
    이 직사각형은 평행사변형으로 변형되는데, 이것을 전단 변형이라고 한다.

- 물체가 전단응력에 의해 절단되어 파괴될 때 이것을 전단 파괴라고 한다.

 

3. 비틀림 응력 (torsion stress)

* Torsion is the "twisting" of a rod or beam as a result of an applied torque.

 

- 샤프트에 토크(T:회전력, 비틀려는 힘)를 가했을 때, 샤프트 내부에서 원형을 유지하려는 응력을 말한다

- 비틀림 응력은 물체의 단면 위에 존재하며, 접선 방향으로 작용하므로 "전단응력(shear stress)"에 해당된다.
  즉 비틀림응력(torsion stress)은 전단응력(shear stress)라고 할 수 있지만,
  전단응력(shear stress)를  비틀림응력(torsion stress)이라고는 말할 수 없다.

- 비틀림응력(torsion stress)은 가느다란 봉 단면의 테두리에서 최대값을 갖는다.
  그리고 비틀림응력(torsion stress)의 크기는 단면의 극관성 모멘트(polar moment of inertia)에 반비례한다

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