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1[건설기계설비기사 필기] 16년 2회차
그림과 같이 길이가 다르고 지름이 같은 동일 재질의 강봉에 강체로 된 보가 달려 있다. 이 보가 힘 P를 받아도 힘을 받기 전과 동일하게 수평을 유지하고 있을 때 강봉 AB에 작용하는 힘은 강봉 CD에 작용하는 힘의 몇 배가 되는가? (단, G는 재료의 전단탄성계수이며, 비틀림 각도와 축의 길이는 일정하다.)
문제 이미지
1
2.25배
2
1.67배
3
1.50배
4
1.25배
해설

보가 수평을 유지하려면 두 강봉의 변형량이 같아야 하므로, 강봉 AB에 작용하는 힘은 강봉 CD의 1.50배가 된다.

그림에서 강봉 AB의 길이는 20cm, 강봉 CD의 길이는 30cm이며 지름과 재질은 서로 같다.

수평 유지 조건은 두 봉의 변형량이 같다는 뜻이므로 FABLABAE=FCDLCDAE\dfrac{F_{AB}L_{AB}}{AE}=\dfrac{F_{CD}L_{CD}}{AE} 이고, 단면적과 재질이 같으므로 FAB×20=FCD×30F_{AB}\times20=F_{CD}\times30 이다.

따라서 FABFCD=3020=1.5\dfrac{F_{AB}}{F_{CD}}=\dfrac{30}{20}=1.5 이다. 길이가 짧은 부재일수록 강성이 커서 더 큰 힘을 분담한다는 원리이며, 비틀림으로 보아 θ=TLGJ\theta=\dfrac{TL}{GJ} 를 같게 놓아도 길이 비만 남으므로 결과는 동일하다.

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