▶ 이 책은 동역학에 대해 다룬 이론서입니다. 동역학의 원리와 응용에 대한 기초적이고 전반적인 내용을 학습할 수 있도록 구성했습니다.
○ 머리말
동역학(Dynamics)은 역학(Mechanics)의 원리와 개념을 확립하는 기본과목으로서 기계, 자동차, 항공, 조선 등 기계관련학과를 전공하는 학생에게 꼭 필요한 과정
이다. 1976년 서울대학교 기계항공공학부에서 Engineering Mechanics (Higdon 외 4명)을 교재로 하여 국내 최초로 동역학이 교과목으로 도입되었다. 그 이후 좋은 내용의 외국의 동역학 서적들이 많이 출판되어 동역학을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 발전되어 왔고, 현재까지 주류를 이루고 있다. 우수한 외국서적들과 그의 번역서들도 많이 출판되었지만, 외국어 전공서적에 익숙하지 않는 일부 학생들은 내용을 확실하게 이해하지 못하기도 하고, 번역서 중 일부는 모호하게 번역됨으로써 글의 의미를 제대로 전달받지 못하기도 하였다. 대부분의 외국서적들이 그렇듯이 본문의 설명이 너무 장황하여 초점을 흐리는 경우가 있어, 정리된 입시서적으로 공부하던 우리나라 학생에게 생소한 느낌을 주기도 하였다. 또한 외국서적들은 연습문제가 너무 많고 난이도의 폭도 넓어서, 정확한 개념을 정리하기 힘든 경우가 발생하기도 하였다. 본서에서는 이러한 문제점들을 보완함으로써, 국내 대학교의 교육실정을 반영한 동역학 교재가 될 수 있도록 노력하였다.
본서의 특징은 다음과 같이 요약된다. 첫째, 본문은 원리와 개념위주로 설명을 간단하고 명료하게 설명하였다. 둘째, 기초 사항이라도 개념이 확실해지도록 필요시 보충 설명을 추가하였다. 동역학에 필요한 기초 수학과 물리 개념을 제1장에 추가하였다. 셋째, 예제와 연습문제로 분류하였으며, 연습문제를 예제 유형별로 정리하였다. 또한 개념 정리를 위하여 필요시 별해를 추가하였다. 넷째, 계산이 지나치게 복잡하거나 복잡한 운동을 수반하는 문제는 가급적 피하고, 식의 의미를 정확히 파악하여 개념을 정리할 수 있는 문제들을 중심으로 편성하였다. 다섯째, 회전운동을 하는 물체의 경우 질량중심을 기준으로 설명하였다. 여섯째, 국제단위계(SI unit)를 사용하였다. 일곱째, 우주역학 단원과 회전좌표계 단원을 *으로 별도 분류하여 설명하였다. 동역학을 공부하고자 할 때에는 반드시 확실한 개념의 정리와 원리의 이해를 바탕으로 문제를 풀어 원리에 담긴 뜻을 습득하도록 하여야 한다. 또한 개념이 확립되지 않는다면, 동역학을 너무 어려운 과목으로 생각하게 되거나, 배운 후에도 정리가 잘안될 것이다.
동역학을 공부하는 방법을 다음과 같이 정리하여 보았다. 첫째, 수식의 유도과정을 이해하여야 수식의 의미를 파악할 수 있고, 원리를 확실히 이해할 수 있다. 둘째, 개념과 원리를 확실히 이해할 수 있는 문제를 선택한다. 셋째, 문제를 직접 손으로 풀어 본다. ‘역학문제는 이해를 바탕으로 손으로 풀어야 한다.’는 명언을 받아들여야 하며, 눈으로 문제풀이를 암기하려고 하여서는 안된다. 눈으로 문제를 푸는 방법은 시간을 효율적으로 사용하기 위한 편법인지는 몰라도 가장 비효율적인 공부방법이다. 넷째, 문제를 푼 후 어떤 원리가 적용되었고, 어떻게 문제가 변형될 수 있는지 음미하여야 한다.
1장 동역학의 기초 1
1.1 개 요 1
1.2 자유도 3
1.3 수학의 기초 4
1.4 역학의 기초 31
1.5 동역학 문제의 문제 풀이 순서 39
연습문제 40
2장 질점 운동학 43
2.1 개 요 43
2.2 질점의 위치, 속도 및 가속도에 대한 기본 개념 43
2.3 각도, 각속도 및 각가속도에 대한 기본 개념 46
2.4 직선운동 47
2.5 곡선운동 60
2.6 상대운동(relative motion) 92
2.7 종속운동(constrained motion or dependent motion) 97
2.8 요 약 105
연습문제 107
3장 질점의 운동역학 I(힘과 가속도) 117
3.1 개 요 117
3.2 뉴튼의 제2법칙(Newton's second law) 117
3.3 운동방정식(equation of motion)의 해석 120
3.4 직각좌표계 124
3.5 접선 및 법선 좌표계 145
3.6 극좌표계 : 평면운동 145
3.7 원통 좌표계 : 공간운동 146
3.8 요 약 155
연습문제 157
4장 질점의 운동역학 II(일과 에너지) 167
4.1 개 요 167
4.2 일 168
4.3 질점의 운동에너지 176
4.4 일과 운동에너지 식 176
4.5 보존력: 위치에너지 190
4.6 역학적 에너지의 보존 193
4.7 비보존력의 작용과 에너지 손실 195
4.8 일률과 효율 203
4.9* 우주에서의 일과 에너지 208
4.10 요 약 210
연습문제 213
5장 질점의 운동역...학 III(운동량과 충격량) 219
5.1 개 요 219
5.2 선형 운동량과 선형 충격량 219
5.3 선형 운동량의 보존 221
5.4 충격운동 222
5.5 충 돌 226
5.6 질점의 각충격량(angular impulse) 및 각운동량(angular momentum) 248
5.7 질량중심에 대한 각충격량 및 각운동량 251
5.8* 우주 역학 255
5.9 요 약 271
연습문제 273
6장 강체 운동학 285
6.1 개 요 285
6.2 병진운동 288
6.3 고정축에 대한 강체의 회전운동 290
6.4 일반적인 평면운동 297
6.5 일반적인 평면운동에서 절대속도와 상대속도 298
6.6 순간중심 300
6.7 일반적 평면운동에서 절대가속도와 상대가속도 316
6.8* 회전좌표계에 대한 일반적 공간운동 325
6.9 요 약 337
연습문제 340
7장 강체 운동역학 I(힘과 가속도) 351
7.1 개 요 351
7.2 평면운동에 대한 일반식 351
7.3 순수 병진운동 356
7.4 순수 회전운동 358
7.5 일반적인 평면운동 381
7.6 특별한 운동(구름운동과 마찰) 387
7.7 요 약 404
연습문제 402
8장 강체의 운동역학 II(일과 에너지) 417
8.1 개 요 417
8.2 평면운동을 하는 강체의 일과 운동에너지 식 418
8.3 평면운동을 하는 강체의 운동에너지 424
8.4 일과 운동에너지 식 428
8.5 역학적 에너지의 보존 429
8.6 일률(동력) 432
8.7 요 약 453
연습문제 455
9장 강체의 운동역학 III(운동량과 충격량) 463
9.1 개 요 463
9.2 평면운동을 하는 강체의 운동량과 충격량 식 464
9.3 운동량의 보존 471
9.4 편심충돌 480
9.5 요 약 505
연습문제 507
부록 517
부록 A 질량관성모멘트와 질량관성적 517
부록 B 평면운동을 하는 강체에 적용하는 식 529
부록 C 공간운동을 하는 강체의 운동 관계식 532
부록 D 동역학 계산에 자주 쓰이는 단위 환산 537
부록 E 수학공식 540
부록 F 그리스 문자 549
부록 G 유효숫자 계산법 550
참고문헌 552
찾아보기 553
송철기 [저]
서울대학교 기계공학과 졸업, 서울대학교 대학원 기계설계학과 졸업(공학 석사), 서울대학교 대학원 기계설계학과 졸업(공학 박사), 대우중공업 중앙연구소, 기아자동차 기아기술센터, 미국 U. C. Berkeley 기계공학과 교환 교수, 현재 경상대학교 기계공학부 교수, 공학연구원
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