용수철
용수철(龍鬚鐵, 문화어: 룡수) 또는 스프링(영어: spring)은 기계 에너지를 축적하는 데 쓰이는 탄력이 있는 물체이다. 용수철은 압축되거나 늘어난 후에 원래의 모양으로 돌아올 수 있는 형태(특히 코일)로 구부러지거나 성형된 탄성이 있지만 대체로 단단한 재료(일반적으로 금속)로 구성된 장치이다. 용수철은 압축될 때 에너지를 저장할 수 있다. 일상적으로 사용되는 용어는 코일 용수철을 가장 자주 의미하지만 다양한 용수철 디자인이 있다. 현대식 용수철은 일반적으로 용수철 강으로 제조된다. 비금속 용수철의 예로는 전통적으로 유연한 주목으로 만들어진 활이 있는데, 활을 당길 때 화살을 추진하기 위한 에너지를 저장한다.
강성 변동 기능이 없는 기존 용수철이 휴지 위치에서 압축되거나 늘어나면 대략 길이 변화에 비례하여 반대 힘을 가한다(이 근사치는 더 큰 편향에 대해 분해됩니다). 용수철의 속도 또는 용수철 상수는 가하는 힘의 변화를 용수철의 처짐 변화로 나눈 값이다. 즉, 힘 대 처짐 곡선의 기울기이다. 신장 또는 압축 용수철의 비율은 거리로 나눈 힘의 단위(예: N/m 또는 lbf/in)로 표현된다. 토션 용수철은 비틀어서 작동하는 용수철이다. 축을 중심으로 각도만큼 비틀면 각도에 비례하는 토크가 생성된다. 토션 용수철의 비율은 N·m/rad 또는 ft·lbf/도와 같이 토크를 각도로 나눈 단위이다. 용수철 속도의 반대는 컴플라이언스이다. 즉, 용수철 속도가 10 N/mm인 경우 컴플라이언스는 0.1 mm/N이다. 병렬 용수철의 강성(또는 속도)은 직렬 용수철의 컴플라이언스와 마찬가지로 추가된다.
용수철은 다양한 탄성 재료로 만들어지며 가장 일반적인 것은 용수철 강이다. 작은 용수철은 사전 경화된 소재로 감을 수 있고, 큰 용수철은 어닐링된 강철로 만들어 제조 후 경화된다. 내식성이 요구되는 부품에는 인청동, 티타늄, 전류를 전달하는 용수철에는 저저항 베릴륨동 등 일부 비철금속도 사용된다.
역사
[편집]코일이 없는 단순한 용수철은 인류 역사 속에서 화살과 같은 데에 사용되었다. 청동기 시대에는 여러 문화에 핀셋이 널리 쓰인 것으로 보아 더 복잡한 용수철 장치들이 사용되었음을 알 수 있다. 알렉산드리아의 크테시비우스는 주석의 비중을 높여 청과 합금하여 주조한 뒤에 두들겨 단단하게 만들어냄으로써 용수철과 같은 특성이 있는 청동을 만드는 방법을 개발하였다.
코일 형태의 용수철은 15세기에 나타났다.[1] 최초의 용수철로 동작하는 회중 시계는 1524년에 피터 헨레인이 발명하였다. 이에 이어 1556년에는 타끼 앗딘과 헨레인이 용수철로 동작하는 시계를 처음 만들어 냈다. 또, 1559년에는 al-Din이 용수철로 동작하는 천문 시계를 처음으로 발명하였다.[2][3] 크리스티안 하위헌스도 1675년에 용수철을 발명하였다.[4]
1676년 영국의 물리학자 로버트 훅은 용수철이 가하는 힘은 용수철의 신장에 비례한다는 훅의 법칙을 가정했다.
1850년 3월 8일, 존 에반스 선즈(John Evans' Sons, Incorporated)의 설립자인 존 에반스는 코네티컷주 뉴헤이븐에서 사업을 시작하여 마차 및 기타 차량용 판 용수철과 용수철 제조 기계를 제조했다. 에반스는 1847년에 미국으로 이주한 웨일즈 대장장이이자 용수철 제작자였으며 존 에반스 선즈는 오늘날에도 계속 운영되고 있는 "미국에서 가장 오래된 용수철 제작자"가 되었다.
물리학적 성질
[편집]가한 힘에 대하여, 변형된 길이를 탄성 계수라고 정의한다. (단위: lbf/in (인치 당 파운드) 혹은 N/m(미터 당 뉴턴))
직렬로 연결된 용수철의 탄성 계수는 각각의 용수철의 탄성계수의 역수의 합의 역수와 같다. 병렬로 연결된 용수철의 탄성계수는 각각의 용수철의 탄성계수들의 합과 같다.
훅의 법칙
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이 부분의 본문은 훅의 법칙입니다.단순 조화 진동자
[편집] 이 부분의 본문은 조화 진동자입니다.어원
[편집]한국에서 쓰는 龍鬚鐵(용수철)이란 단어는 용수(龍鬚)의 성질을 가진 쇠를 가리킨다. 이때 용수는 돌돌 말린 용의 수염을 일컫는데, 이 용의 수염을 잡아 당겨 곧게 펴더라도 돌돌 말린 모양으로 되돌아간다고 전해진다. 용수철이란 이름은 이러한 탄성체의 복원력을 빗대어 붙여진 이름이다.
참조
[편집]- ↑ Springs How Products Are Made, 14 July 2007.
- ↑ Salim Al-Hassani (2008년 6월 19일). “The Astronomical Clock of Taqi Al-Din: Virtual Reconstruction”. FSTC. 2008년 7월 12일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 7월 2일에 확인함.
- ↑ Donald Routledge Hill and Ahmad Y Hassan. “Engineering in Arabic-Islamic Civilization”. 《History of Science and Technology in Islam》. 2008년 7월 3일에 확인함.
- ↑ 페르낭 브로델 (1995). 〈제6장 기술의 보급: 혁명과 지체〉. 《물질문명과 자본주의Ⅰ-2 일상생활의 구조 下》. 주경철 옮김. 서울: 까치. 618쪽. ISBN 89-7291-084-8.
... 시계 제조에 큰 영향을 미쳤던 호이헨스의 발명(시계추 발명 1656-1657, 용수철 발명 1675)이나...
