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스프링에 힘이 0에서 P까지 서서히 작용하여 \delta만큼 길이가 늘… | [7급 국가직 응용역학] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 응용역학] 21년 1회차
스프링에 힘이 0에서 P까지 서서히 작용하여 δ\delta만큼 길이가 늘어났다. 이 상태에서 추가 하중 Q가 작용하여 스프링이 추가로 δ\delta만큼 늘어났다면, P가 0에서부터 추가 하중 Q가 작용한 최종 단계까지 수행한 전체 일의 크기는? (단, 스프링은 선형탄성 거동을 한다)
1
Pδ2\dfrac{\mathrm{P}\delta}{2}
2
Pδ\mathrm{P}\delta
3
3Pδ2\dfrac{3\mathrm{P}\delta}{2}
4
2Pδ2\mathrm{P}\delta
해설

하중 P가 한 전체 일은 재하 중의 일과 일정한 P가 추가 변위 동안 한 일의 합인 3Pδ2\dfrac{3\mathrm{P}\delta}{2}이다.

0에서 P까지 서서히 증가하는 구간은 하중-변위 선도의 삼각형 면적이므로 W1=12Pδ\mathrm{W_1}=\dfrac{1}{2}\mathrm{P}\delta이다.
Q가 추가될 때 P는 크기가 일정한 채로 추가 변위 δ\delta를 따라가므로 사각형 면적 W2=Pδ\mathrm{W_2}=\mathrm{P}\delta이다.

W=12Pδ+Pδ=3Pδ2\mathrm{W}=\dfrac{1}{2}\mathrm{P}\delta+\mathrm{P}\delta=\dfrac{3\mathrm{P}\delta}{2}

  • Pδ2\dfrac{\mathrm{P}\delta}{2}: 처음 재하 구간의 일만 센 값으로, 추가 변위 동안 일정한 P가 한 일 Pδ\mathrm{P}\delta가 빠졌다.
  • Pδ\mathrm{P}\delta: 추가 변위 구간의 일만 센 값이다.
  • 2Pδ2\mathrm{P}\delta: Q가 한 일 Qδ2=Pδ2\dfrac{\mathrm{Q}\delta}{2}=\dfrac{\mathrm{P}\delta}{2}까지 더한 스프링의 전체 변형에너지로, P만의 일이 아니다.

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