탄성 구간 해석: 후크의 법칙(Hook's law)

물리학의 중요한 원리 중 하나인 후크의 법칙에 대해 알아보고, 탄성구간에서 어떻게 해석이 되는지 알아보고자 합니다.

- 후크의 법칙:

후크의 법칙은 영국의 과학자 로버트 후크가 1678년에 발표한 원리입니다. 이 법칙은 탄성체가 받는 힘과 그에 따른 변형 사이의 관계를 정의합니다. 그는 이 관계를 '힘은 변형에 비례한다'라는 간단한 수식으로 표현하였습니다.

- 후크의 법칙의 공식:

   후크의 법칙은 다음과 같은 공식으로 표현됩니다:

F = -kx

   여기서,
F는 가해지는 힘,
x는 변형의 정도,
k는 탄성 계수를 나타냅니다.
이 공식은 일정 범위 내에서 물체가 받는 힘과 그에 따른 변형 사이의 관계를 나타냅니다.

- 후크의 법칙의 응용(for 재료공학)

   후크의 법칙은 물리학뿐만 아니라 공학, 생물학 등 다양한 분야에서 널리 활용됩니다. 그 중에서도 재료 분야에서 후크의 법칙은 탄성구간에서 재료의 성질을 분석할 때, 주로 적용되는 법칙입니다.
재료분에서는 탄성구간에서 변형률당 응력의 크기를 탄성계수라고 하며, 다음과 같은 수식으로 후크의 법칙을  표현할 수 있습니다.

E*ε=σ

이때,
E는 탄성계수[Pa]
ε는 변형률(단위없음)
σ는 응력[Pa]
입니다.

- 후크의 법칙의 한계

   후크의 법칙은 물체가 탄성구간 내에서만 유효합니다. 물체가 큰 변형을 겪거나 파손되는 소성구간에서는 적용되지 않습니다. 또한, 물체의 특성 및 온도 혹은 재료의 방위에 따라 탄성 계수 k는 달라질 수 있습니다.

- 후크의 법칙과 고전 물리학

   후크의 법칙은 고전 물리학의 중요한 원리 중 하나임과 동시에 탄성구간에서 재료의 특성을 분석할 수 있는 유용한 법칙입니다.
따라서 후크의 법칙은 물질의 탄성 행동을 이해하는 데 필수적이며, 다양한 공학적 설계에 사용이 됩니다.

이상으로, 물리학의 기본적인 원리 중 하나이고, 재료 공학에서 매우 중요한 법칙인 후크의 법칙에 대해 알아봤습니다.

다음에도 재료공학과 관련된 내용으로 찾아뵙겠습니다.