2.2 벡터량 힘의 특성 (Properties of froce as a vector quantity)
힘이란 기계적인 외란, 일종의 팔투베이션
기계적으로 외부에서 가해주는 것
하중
힘은 물리량으로서 벡터다.
벡터는 크기와 방향이 존재하는 물리량이다
크기만 존재하는 것 = 스칼라
크기가 같더라도 방향이 다르면 다른 벡터다
point of Application 작용점
sense 방향
line of action 작용선
femur 대퇴
knee joint 슬관절
pattelar
tiber-
patellar tendon 슬개건
Free Body Diagram
두 힘의 작용점을 일치시켜서 두 힘이 만나는 지점 Fr를 작용선이라 한다.
Fr=Fq+Fp(벡터)
Fr=루트(Fq^2+Fp^2)(크기)-피타고라스 정리(는 각이 직각이 아니라 실제론 아니고 코사인 제2법칙으로 구해야 한다?)
2.3 Dimesion and units of force
힘의 Dimension과 단위
Velocity 속도 = position위치/time시간
v=dx/dt m/s
acceleration 가속도= 속도/시간
a=dv/dt (m/s)/s= m/s^2
force=mass질량/acceleration
f=kg*m/s^2=N
| System | Units of Force | Special Name |
|---|---|---|
| SI | kilogram-meter/second^2 | Newton(N) |
| c-g-s | gram-centimeter/second^2 | dyne(dyn) |
| British | slug-foot/second^2 | pound(lb) |
2.5 External and internal forces
외적의&내적의 힘
외력&내(재)력
벽에 못이 박혀 있다
못의 무게 w, 못에 걸린 액자가 가하는 힘(액자의 무게) F - 외력
힘(액자의 무게)이 아래로 작용을 하고 있는데 못이 벽에 정적으로 고정되어 있다 => w+f와 평형(Equilibrium)이 이루어지게 힘이 가해지고 있다 - 이 힘을 내력이라 한다
다시 말해, 사람이 물체를 들고 움직이고 있다면(acceleration)
물체의 무게 w는 외력(External Force)
사람이 움직이게끔 하는 근육, 인대, 건 등의 힘이 내력(Internal Force)
2.6 Normal and tangential forces
법선(수직)과 접선
Normal:perpendicular수직
대표적인 normal force로 수직 항력이 있다
테이블에 놓인 무게(w=5kg)
아래로 (수직으로)가 해지는 힘 w를 떠받드는 힘을 수직 항력이라 한다.
Tangential:parallel to surface 표면에 평행
대표적으로 마찰력:물체의 움직임을 방해하는 힘 (방향= 움직임의 반대 방향)
사람이 물체를 미는 힘 f의 방향 = 움직임 a의 방향
= 마찰력의 반대 방향
2.7 Tensile and compressive forces
인장:길이 방향으로 연장시키는 힘과 압축:길이 반대 방향으로 수축하는 힘
Tensile:stretched or elongated
Compressive:shrunk or shotened
예외) 고무줄 - 인장만 가능
(늘어났을 때 줄어드려는 힘만 가진) 근육과 고무줄의 conceptual 한 면은 비슷하다
flexion굽힘-extension신전
flexor-extensor
2.8 2.9 Coplanar and collinear forces
coplanar force 한 평면에 존재하는 모든 힘
collinear force 한 직선상에 존재하는 모든 힘
2.10 2.11 concurrent and parallel forces
동시적인 힘, 평행한 힘
공통된 intersection을 가질 때 concurren force라 한다. 예) 도르래
힘의 방향이 모두 평행할 때 parallel force
물체를 들고 있는 팔에 가해지는 공의 무게 w(아래)
팔에 가해지는 힘 w(아래)
상완에서 가해지는 무게(중력) f(아래)
상완이 골격 등을 잡아 자세를 유지하는 힘 f(위)
등등
이 모든 힘이 평행할 때 평행력이라 한다.
2.12 Gravitational force or weight
중력과 무게(f=중력가속도 g*질량 m)
| System | Gravitaional Acceleration |
|---|---|
| SI | 9.81 m/s^2 |
| c-g-s | 981 cm/s^2 |
| British | 32.2 ft/s^2 |
고도에 따라 중력가속도가 변화하나 일반적으로 인체에 적용할 때엔 9.81 m/s^2를 적용한다.
질량 10kg
지구 98N
달 17N
달의 중력이 지구에 비해 1/6 가량이므로 무게가 줄어든다.
2.13 Disteributed force systems and pressure
분포력과 압력
지표에 쌓인 모래가 가하는 힘
많이 쌓인 중심의 힘, 적게 쌓인 가장자리의 힘 등 모든 힘의 합력을 하나의 single force인 equivalent force 등가력 or conentrated force 집중력으로 표현할 수 있다.
즉, sum of load(무게) = equicalent force =concentrated force
또, line of action 작용점은 그 center of gravity 무게중심을 통과한다. (무게중심에서 작용한다)
중력가속도 g에 영향을 받는 center of gravity와 center of mass는 다르나, 인체에 있어 무시할 수 있다.
pressure: a measure of the intensity of distributed load
압력[Pa(파스칼)]=힘[N]/면적[m^2] - 단위면적당 누르는 힘
p=w/a
눈을 밟을 때 맨발이면 면적이 좁아 압력이 세고, 설피나 스키 등을 신으면 면적이 넓어 동일한 힘(사람의 무게)이 분포되어 압력이 약해진다.
- sensation and pain induced by a sharp object
감도와 고통은 날카로운 물체에 달렸다.
2.14 Frictional forces 마찰력
마찰력은 접촉한 두 개의 표면이 slides 하거나 slides over the other 하려 할 때 발생한다
거친 표면과 매끄러운 표면일 때 달라진다.
접촉한 면에서 발생한 열을 야기할 수 있다.
항상 wear 찢어짐을 야기한다.
마찰력은 운동(하려는) 방향의 반대 방향
마찰력은 정지 마찰력과 운동 마찰력으로 나눌 수 있다.
마찰력 Fs=외력 F - static 정적 (평형)
최대 정지 마찰력 Fmax 지점부터 마찰력이 떨어진 뒤 일정하게 유지된다.
운동마찰력Fk <Fmax, Fk<F
마찰력 F는 수직 항력 N에 비례한다. - Fs=마찰계수 [뮤s*N]
* Figure 2.14 !important
마찰계수 뮤는 표면의 특성과 관련 있다.
| Surfaces in contact | Friction coefficient |
|---|---|
| Wood on wood | 0.25 - 0.50 |
| Metal on metal | 0.30 - 0.80 |
| Plastic on plastic | 0.10 - 0.30 |
| Metal on plastic | 0.10 - 0.20 |
| Rubber on concrete | 0.60 - 0.70 |
| Rubber on tile | 0.20 - 0.40 |
| Rubber on wood | 0.70 - 0.75 |
| Bone on metal | 0.10 - 0.20 |
| Carilage on cartilage | 0.001 - 0.002 |
Carilage on cartilage !important
연골의 중요성을 대비적으로 보여주는 부분