압축력(compressive force, 壓軸力, 壓縮力)은 물체에 압력을 가하여 부피를 줄이려는 힘 또는 축방향으로 작용하여 물체를 압축시키는 힘이다. 보통 압축력을 음수(-) 부호로 지정한다.[1][2]
압축력 역시 인장력과 같이 형상을 따라 작용한다. 다만 힘의 방향이 반대이다 즉 봉 같으면 봉의 길이 방향으로 양쪽을 눌러주면 압축력이 발생한다. 압축력은 이미 형태를 갖추고 있지 않은 물체에는 힘이 가해질 수가 없다. 그러므로 압축력을 받게 하려면 먼저 변형이 없도록 하는 것이 관건이다. 어떤 힘이 물체에 작용할 때는 그것을 적게 하려는 작용이 있는데 이때의 힘을 압축력이라 한다. 구조의 부재(部材)의 내부에서 저항하는 힘은 압축응력이라고도 한다. 보를 당겨서 늘리려는 축력을 인장력, 밀어서 줄이려는 축력을 압축력이라 한다. 압축력은 부재 또는 보의 축력의 여부는 작용 하중의 경사방향과 각 지점에서 생기는 수평 반력의 작용 위치에 따라서도 달라진다.[3][4]
압축력의 좋은 예는 박판(sheet metal)으로 만들어진 비행기가 리벳(rivet)으로 알려져 있는 체결제(fastener)를 사용할 때이다. 알루미늄(aluminum) 조각에 뚫은 구멍을 통과하여 리벳을 넣고 리벳 머리(rivet head)쪽에는 리벳건(rivet gun)을 그리고 다른 반대쪽에는 버킹바 (bucking bar)를 대고 힘을 가한다. 이 가해진 힘은 리벳을 압착시키고 그것은 구멍을 채우기 위해 팽창되어 알루미늄 조각을 단단하게 결합시킨다.[5]
압축응력[편집]
압축 응력(compressive stress, 壓縮應力)은 물체의 면을 생각할 경우, 면을 양측에서 밀어붙이는 것과 같은 힘이 작용하고 있는 경우를 말한다. 물체의 면을 생각할 경우, 면을 양측에서 밀어붙이는 것과 같은 힘이 작용하고 있는 경우를 압축응력이라고 한다. 어떤 재료의 단면에서 수직방향으로 작용하는 힘에 의한 응력이다. 방향에 따라 압축 응력과 인장 응력이 있다. 재료의 표면의 법선 방향으로 작용하므로 법선 응력/수직 응력(normal stress)이라고도 한다.[6][7]
길이가 L인 기다란 막대가 있다고 하자. 이 막대의 한 쪽 끝을 벽에 단단히 고정하고 다른 쪽 끝을 잡은 뒤 막대 방향으로 크기 F만큼의 인장력을 가하면 이 막대는 강체가 아닌 이상 길이가 늘어나는 변형이 일어난다. 이때 막대가 늘어난 길이를 x라고 한다. 이때 주어진 재료 막대의 변형율(Strain)은 ε＝x/L이다. 이때 막대의 변형은 응력(Stress)에 의해 일어난 것이다.
응력은 막대의 단면에 작용하는 단위 면적당 힘이므로 막대의 단면의 면적을 A라고 했을 때 막대에 가해지는 응력은 σ＝F/A이다. 훅의 법칙(Hooke’s Law)은 막대에 가하는 힘과 변형된 길이는 탄성 한계 내에서 비례한다는 것이므로 막대를 잡아당기는 힘 F와 막대가 늘어난 길이 x사이에는 F＝kx의 관계가 성립한다. 여기서, k는 비례상수이다. 이 식의 양변을 막대의 길이 L과 막대의 단면적 A로 나누면, F/LA＝kx/LA.
이 식을 정리하여 변형율과 응력에 대한 식으로 바꾸면 σ＝kL/A＝Eε이다. 여기서 응력과 변형율이 탄성 한계 내에서 비례관계이므로 비례상수 kL/A는 비례상수 E로 쓴다. E는 “탄성 계수”(modulus of elasticity)다. 탄성계수 E는 물질의 고유한 성질이며, 여기에 재료의 단면적을 곱하고 재료의 길이로 나누면 그 재료의 스프링 상수를 알 수 있다. 이를 “영률” 혹은 “영의 계수”(Young’s modulus)라고 한다.
이때 변형율 ε의 값이 양수(+)일 경우 인장이라고 하며, 이때 작용하는 응력 σ를 인장 응력(Tensile Stress)이라고 한다. 변형율의 값이 음수(-)일 경우에는 압축이라고 하며, 작용하는 응력을 압축 응력(Compressive Stress)이라고 한다.[8]
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참고자료[편집]
같이 보기[편집]
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