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1[국회직 9급 기계일반] 19년 1회차
회전운동을 상하 직선운동으로 변환시켜주는 캠(Cam)에서 편심(e\mathbf{e})에 의해 Flat Follower의 변위가 x(t)=R+e sin⁡(ωt)\mathbf{x ( t ) = R + e \, \sin ( \omega t )}로 주어질 때 가속도의 최대값은?
문제 이미지
1
e2e^{2}
2
eωe \omega
3
eω2e \omega^{2}
4
Rω2R \omega^{2}
5
R2ωR^{2} \omega
해설

가속도의 최대값은 eω2e\omega^{2}이다.

변위를 시간으로 두 번 미분하면 가속도가 된다. 원판 반지름 RR와 편심 ee는 상수이고, 각속도 ω\omega는 일정하다.
x(t)=R+esin⁡(ωt)x(t)=R+e\sin(\omega t)
v(t)=dxdt=eωcos⁡(ωt)v(t)=\dfrac{dx}{dt}=e\omega\cos(\omega t)
a(t)=dvdt=−eω2sin⁡(ωt)a(t)=\dfrac{dv}{dt}=-e\omega^{2}\sin(\omega t)

사인 함수의 크기는 최대 1이므로 가속도 크기의 최대값은 eω2e\omega^{2}이다.

  • e2e^{2}는 각속도가 없어 회전 속도와 무관한 값이 되므로 가속도가 될 수 없다.
  • eωe\omega는 한 번만 미분해 얻는 속도의 최대값이다.
  • Rω2R\omega^{2}는 상수항 RR가 미분에서 사라진다는 점을 놓친 값이다.
  • R2ωR^{2}\omega도 상수항 RR를 남긴 값이고, 가속도의 차원과도 맞지 않는다.

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