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1[승강기기사 필기] 20년 1회차
내경과 외경이 거의 같은 중공 원형단면의 축을 얇은 벽의 관이라 한다. 이 때 비틀림 모멘트를 T, 평균 중심선의 반지름 r, 벽의 두께 t, 관의 길이를 ℓ이라 할 때, 비틀림 각을 표현한 식이 아닌 것은? (단, 평균 중심선에 둘러쌓인 면적(A)=πr2, 평균 중심선의 길이(S)2πr, 극관성모멘트=Ip, 전단탄성계수=G, 전단응력=τ이다.)
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해설

얇은 관의 비틀림각은 θ=Tℓ2πr3tG\theta=\dfrac{T\ell}{2\pi r^{3}tG} 로 정리되므로, 분모가 A r t GA\,r\,t\,G 인 식은 성립하지 않는다.

얇은 벽 원형관의 극관성모멘트는 Ip=2πr3tI_p=2\pi r^{3}t 이므로 θ=TℓGIp=Tℓ2πr3tG\theta=\dfrac{T\ell}{GI_p}=\dfrac{T\ell}{2\pi r^{3}tG} 가 된다.

Bredt 식의 전단응력 τ=T2At\tau=\dfrac{T}{2At} 를 θ=τSℓ2AG\theta=\dfrac{\tau S\ell}{2AG} 에 넣으면 θ=TSℓ4A2tG\theta=\dfrac{TS\ell}{4A^{2}tG} 이고, 여기에 A=πr2,  S=2πrA=\pi r^{2},\; S=2\pi r 를 대입하면 역시 Tℓ2πr3tG\dfrac{T\ell}{2\pi r^{3}tG} 로 같아진다.

반면 TℓA r t G=Tℓπr3tG\dfrac{T\ell}{A\,r\,t\,G}=\dfrac{T\ell}{\pi r^{3}tG} 이 되어 참값의 2배가 되므로 비틀림각 식으로 쓸 수 없다.

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