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기계진동 · 흔들리고 공진하는 것들

기계는 왜 흔들리고, 언제 위험해지는가

자유진동에서 감쇠, 공진, 모드까지. 떨림을 식이 아니라 움직이는 그림으로.

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01고유진동수는 강성과 질량이 정한다
추를 당겼다 놓으면 스스로 진동하고, 강성↑·질량↓이면 빨라진다, ωₙ = √(k/m)
#소리굽쇠#기타줄#자동차서스펜션
02에너지는 운동과 위치 사이를 끝없이 오간다
양끝에선 멈춰도 스프링이 가득 차고 중심에선 가장 빠르다, ½kx²+½mv²=½kA² 는 늘 일정
#그네#진자시계#범퍼카
03진동은 왜 잦아드는가 — 감쇠
댐퍼가 매 주기 에너지를 빼내 진폭이 비율로 줄고, ζ=c/(2√(km))가 부족·임계·과감쇠를 가른다
#자동차쇼크업소버#문닫힘장치#방진고무
04공진 — 작은 힘이 큰 흔들림이 될 때
구동 진동수가 ωₙ 에 맞으면 배율 M=1/√((1−r²)²+(2ζr)²)이 폭증, 봉우리는 감쇠(≈Q)가 정한다
#타코마다리붕괴#와인잔깨기#세탁기탈수
05두 개의 추, 두 개의 박자 — 모드
결합된 두 질량엔 동상(ω₁)·역상(ω₂) 두 모드가 있고 모든 운동은 그 합, N 질량 → N 모드 (TMD 응용)
#초고층제진댐퍼#연성진자#자동차차체모드
06무한히 많은 추 — 정상파
질량을 무한히 늘리면 줄·보가 되고, 모드는 정수배 정상파 fₙ = n·f₁ (배음), 음을 정하는 건 f₁ = (1/2L)√(T/μ)
#기타줄음정#바이올린현#관악기
07장력이 아니라 강성 — 보의 굽힘 진동
보는 장력 아닌 굽힘강성(EI)으로 진동, 모드는 사인 X·진동수 정수배 X(외팔보 1:6.27:17.5), f₁ ∝ √(EI/ρA)/L²
#다이빙보드#비행기날개떨림#고층빌딩흔들림
08흔들리는 바닥에서 지키기 — 진동 절연
바닥이 흔들릴 때 질량 응답비 전달률 TR=X/Y, r>√2 라야 절연(TR<1), 비결은 ωₙ 낮추기(무른 마운트)·감쇠는 양날
#건물내진받침#정밀장비방진대#카메라손떨림보정
09회전하는 것은 왜 흔들리나 — 회전 불평형
편심질량의 회전력 F₀=m·e·ω²(속도 제곱), 응답 M·X/(m·e)=r²/√((1−r²)²+(2ζr)²), 고속선 X→m·e/M, 해법은 밸런싱
#세탁기탈수통#타이어휠밸런싱#선풍기진동
10같은 장치, 두 계기 — 진동 측정
케이스 속 질량의 상대변위 z=x−y, Z/Y=r²/√((1−r²)²+(2ζr)²); r≫1(낮은 ωₙ)=지진계(변위), r≪1(높은 ωₙ)=가속도계(Z≈a/ωₙ²)
#지진계#스마트폰가속도계#에어백센서
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