회전운동(rotational motion)은 물체가 한 공간에서 어떤 한 직선을 회전축으로 회전하며 운동하는 것을 의미한다. 팽이나 선풍기의 날개에서부터 지구의 자전 및 공전까지 모두 회전운동에 해당된다. 직선운동을 하는 물체의 빠르기를 나타내는 값으로 속도가 있듯이, 회전운동을 하는 물체의 빠르기는 일정 시간 동안 움직인 각을 나타내는 각속도가 있다. 또한, 회전운동을 유지하려는 정도를 나타내는 물리량인 관성모멘트를 가진다. 관성모멘트는 물체의 질량에 비례하고, 기준점과 물체 간 거리의 제곱에 비례한다.
차바퀴나 팽이처럼 물체가 한 정점 주위를 원을 그리면서 회전하는 운동을 말하며 회전운동의 속도를 특징짓는 기본적인 양은 각속도이다.
물체의 병진운동(竝進運動)과 더불어 운동의 기본형태 가운데 하나이며, 지구 둘레를 하루에 한바퀴씩 도는 정지궤도 인공위성을 그 예로 들 수 있다. 최소한의 원운동을 유지한다는 것은 최고점에서 중력만이 구심력 역할을 한다는 의미가 된다. 복잡한 운동도 잘 분석하면 병진운동과 회전운동의 합으로 나타낼 수 있다. 달리고 있는 차의 경우 바퀴 상의 운동을 보면 매우 복잡해 보이지만, 이것을 길에 대한 병진운동과 차축에 대한 회전운동으로 나누어보면 운동의 양상이 단순하다는 것을 알 수 있다.
회전운동의 속도(회전속도)를 특징짓는 기본적인 양은 각속도이다. 이것은 운동하고 있는 물체의 속도 대신 그 물체의 각 점과 회전축을 연결하는 선, 즉 동경(動徑)이 단위시간에 그리는 각도를 의미하는 것으로, 외부 힘에 의한 모멘트가 가해지지 않으면 회전축의 방향과 각속도는 변하지 않는다. 이것을 회전의 관성이라 하며, 물체의 질량이 병진운동을 할 때 관성의 정도를 나타내는 것과 마찬가지로 회전할 때는 관성모멘트가 그것을 나타낸다.
물체에 힘의 모멘트가 작용하면 각가속도가 생기는데, 이때 각가속도α와 힘의 모멘트 T 사이에는 T=Iα인 관계가 성립한다. 여기서 I는 회전축 주위 물체의 관성모멘트이다. 병진운동의 경우 관성모멘트를 관성질량에 해당하는 것으로 간주하면, 병진운동에 대해서 성립하는 운동방정식과 같은 형태의 방정식이 회전운동에 대해서도 성립한다는 것을 알 수 있다.
점입자의 회전운동: 원운동[편집]
점 입자가 2차원 평면상에서 고정된 한 점(보통 원점이라 부른다)으로부터의 거리를 일정하게 유지하면서 움직이게 되면 점입자의 궤적은 원을 그리게 된다. 이렇게 원운동하는 점 입자의 위치는 항상 정해진 반지름을 가진 원둘레 위에 있기 때문에 이 점입자의 위치는 어떤 고정축, 예를 들면 χ축으로부터의 각도로 표시하는 것이 자연스럽다. 또한 시간에 따른 각도의 변화율로 위치 변화의 빠르기를 나타낼 수 있는데 이것이 각속도이며, 각속도의 시간 변화율이 각가속도이다.
이를 그림 1에 따라 수식으로 설명하면 다음과 같다. 그림에서와 같이 점 입자가 원둘레 위에서 시간 t1과 t2사이에 θ1각 θ2에서 로 움직였다면 그 평균 각속도는 다음과 같다.
t1과 t2사이의 시간 간격이 매우 짧다면 순간 각속도는 미분 표현으로
로 되는데, 보통 각속도라는 말은 순간 각속도를 의미한다. 각가속도는 마찬가지로
로 표현된다. 만약 각가속도가 일정한 경우 그 운동을 등각가속도운동이라 부르고, 이때 각속도는 시간에 대한 함수로
⍵(t) = at + ⍵₀
로 되는데, 여기서 ⍵₀ = ⍵(t=0)' , 즉 시간 t=0에서의 각속도이다. 또한 각변위는
θ(t) = ½at² + ⍵₀t + θ₀
가 되는데, θ₀ = θ(t=0)이다. 위와 같은 표현은 등가속도 직선운동에서 변위를 χ, 속력을 v, 가속도를 a라 할 때 얻어지는
χ(t) = ½at²+ v₀t + χ₀
와 유사한 관계가 있다. 즉 χ는 θ, v는 ⍵, a는 a에 해당한다.
원운동하는 점입자의 운동에너지는 T = ½mv²이고 여기서 v = r ⍵의 관계가 있으므로 T = ½mr²⍵²이 되고, ⍵'가 v에 대응한다고 보면 mr²이 회전운동에서의 관성질량에 해당한다. 이를 관성모멘트 I로 정의하는데, I = mr²이며 T = ½I⍵²으로 표현된다. 또한 각운동량 벡터는 ｌ = r × P = r × mV 로 정의되는데, r은 위치 벡터, V은 속도 벡터, P = mv는 선운동량 벡터이다. 원운동에서는 = mr²⍵ = I⍵가 되어 이 역시 직선운동의 선운동량 p = mv에 대응한다고 할 수 있다.
강체의 회전운동[편집]
그림 2에서와 같이, 어떤 강체가 고정축을 중심으로 회전하고 있는 운동도 점입자의 원운동과 같은 방식으로 기술할 수 있다. 중심축에 대해 수직인 평면 상에서 중심축에서 강체 상의 한 점까지 다다르는 선(그림 2의 선분 OP)과 공간 상에 고정된 기준 축(그림 2의 χ축)이 이루는 각이 시간에 따라 어떻게 변하는 지를 묘사함으로써 이 운동을 기술할 수 있다. 강체 상의 각 점은 모두 같은 각속도 ⍵로 운동하게 되어 강체의 회전운동도 관성모멘트 I를 알면 점입자의 경우와 같이 기술할 수 있다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
|
 이 회전운동 문서는 에너지에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.
|
| 산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 건설, 유통, 서비스, 에너지 □■⊕, 소재, 원소, 환경, 직업, 금융, 금융사
|
|
|
| 에너지
|
SMR • 가속운동 • 가시광선 • 가열 • 각속도 • 감마선 • 감속운동 • 강력 • 고압 • 고온 • 고전역학 • 관성력 • 관성모멘트 • 광선 • 광속 • 광전자 • 광전효과 • 광합성 • 기압 • 냉각 • 냉방 • 뉴턴 • 대류 • 대체에너지 • 동력 • 동력원 • 라디오파 • 마이크로파 • 마찰 • 마찰계수 • 마찰력 • 마찰에너지 • 만유인력 • 만유인력의 법칙 • 무중력 • 물리에너지 • 바이오에너지 • 발열 • 발화 • 방사선 • 방열 • 베타선 • 복사 • 복사선 • 복사에너지 • 부력 • 불 • 블루에너지 • 빛 • 빛에너지 • 삼투압 • 생물에너지 • 석유에너지 • 석탄에너지 • 섭씨 • 소리에너지 • 소수력 • 속력 • 수력 • 수력에너지 • 수소에너지 • 수압 • 수열 • 수열에너지 • 수직항력 • 신생에너지 • 신에너지 • 신재생 • 신재생에너지 • 알짜힘(합력) • 알파선 • 압력 • 압축응력 • 약력 • 양극선 • 양자역학 • 에너지 • 에너지밀도 • 에너지보존법칙 • 에너지원 • 에너지 효율 • 엑스선 • 엔트로피 • 역반응 • 역파장 • 역학적 에너지(기계에너지) • 열 • 열대류 • 열량 • 열복사 • 열분해 • 열에너지 • 열역학 • 열전도 • 열전도도 • 열전도율 • 열팽창 • 열팽창계수 • 열효율 • 온도 • 왕복에너지 • 왕복운동 • 운동에너지 • 원운동 • 원자력 • 원자력에너지 • 위치에너지 • 음극선 • 응력 • 인공태양 • 인장응력 • 인화 • 입자선 • 자외선 • 자유낙하 • 작용 • 재가열 • 재생에너지 • 저온 • 저압 • 적외선 • 전기에너지 • 전도 • 전자기력 • 절대온도 • 정반응 • 정지에너지 • 조력 • 조력에너지 • 조류에너지 • 줄 • 줄의 법칙 • 중력 • 중력에너지 • 지열 • 지열에너지 • 직사광선 • 직선운동 • 진동 • 진동에너지 • 진자 • 진자운동 • 천연에너지 • 청정에너지 • 친환경에너지 • 칼로리 • 탄성 • 탄성에너지 • 태양 • 태양광 • 태양광에너지 • 태양에너지 • 태양열 • 태양열에너지 • 텐서 • 파동 • 파력 • 파력에너지 • 파워 • 파장 • 폐기물에너지 • 폭발 • 풍력 • 풍력에너지 • 풍압 • 항력(드래그포스) • 해양에너지 • 핵반응 • 핵분열 • 핵분열에너지 • 핵붕괴 • 핵에너지 • 핵융합 • 핵융합에너지 • 화력 • 화씨 • 화학 • 화학에너지 • 회전 • 회전수 • 회전에너지 • 회전운동 • 흡열 • 힘
|
|
|
| 발전
|
교류발전기 • 마이크로 수력발전 • 물레방아 • 박테리아 발전소 • 발전 • 발전기 • 발전소 • 변전소 • 비상발전기 • 소수력발전 • 소수력발전소 • 소형모듈원전(SMR) • 송전선 • 송전탑 • 수력발전 • 수력발전소 • 원자력발전 • 원자력발전소 • 조력발전 • 조력발전소 • 조류발전 • 조류발전소 • 지열난방 • 지열발전 • 지열발전소 • 직류발전기 • 태양광발전 • 태양광발전소 • 태양광패널 • 태양열발전 • 태양열발전소 • 파력발전 • 파력발전소 • 풍력발전 • 풍력발전소 • 풍차 • 해양 온도차 발전 • 핵융합발전 • 핵융합발전소 • 화력발전 • 화력발전소 • 회전축
|
|
|
| 전기
|
110V • 220V • 3상 • kW • kWh • 감전 • 고전압 • 과부하 • 과전류 • 과전압 • 과충전 • 광자 • 교류(AC) • 극 • 기전력 • 나침반 • 누전 • 다이노드 • 다이오드 • 단락 • 단상 • 단자 • 단전 • 도선 • 도전율 • 도통 • 레독스 • 마찰전기 • 맥스웰 방정식 • 방전 • 배전 • 번개 • 변압 • 변압기 • 병렬 • 복합전극 • 볼트(V) • 부하 • 분산전원 • 비상전원 • 비저항 • 산화 • 산화반응 • 산화수 • 산화환원 • 산화환원반응 • 상용전원 • 소자 • 송전 • 스파크 • 암페어(A) • 애노드 • 양 • 양공 • 양극 • 양극단자 • 양극도선 • 양성자 • 양이온 • 양전기 • 양전자 • 양전하 • 영구자석 • 예비전원 • 옴(Ω) • 옴의 법칙 • 와트(W) • 와트시(Wh) • 원자 • 원자량 • 원자핵 • 웨버 • 유전상수 • 유전율 • 유전체 • 음 • 음극 • 음극단자 • 음극도선 • 음양 • 음이온 • 음전기 • 음전하 • 이온 • 이온전도 • 이온전도도 • 이온화 • 인력 • 자기 • 자기력 • 자기장 • 자석 • 자성 • 자속 • 자유전자 • 저전압 • 저항 • 저항기 • 전구 • 전극 • 전기 • 전기공학 • 전기력 • 전기분해 • 전기장 • 전기장치 • 전기저항 • 전기전도 • 전기전도도 • 전기회로 • 전도성 • 전도율 • 전도체 • 전동 • 전동화 • 전력 • 전력밀도 • 전류 • 전비 • 전선 • 전압 • 전원 • 전위 • 전위차 • 전자 • 전자계 • 전자기 • 전자기력 • 전자기장 • 전자기파 • 전자기학 • 전자석 • 전자파 • 전자회로 • 전하 • 전하량 • 절연 • 절전 • 점전하 • 정격전류 • 정격전압 • 정격출력 • 정전 • 정전기 • 주파수 • 중성미자 • 중성자 • 직렬 • 직류(DC) • 척력 • 초전도 • 초전도자석 • 초전도체 • 축전 • 출력 • 충방전 • 충전 • 캐소드 • 쿨롱 • 쿨롱의 법칙 • 킬로와트(kW) • 킬로와트시(kWh) • 탈이온화 • 터미널 • 테슬라 • 특고압 • 패러데이 법칙 • 하전 • 핵 • 핵력 • 핵자 • 헤르츠(㎐) • 환원 • 환원반응
|
|
|
| 연료
|
CNG • LNG • LPG • 가스 • 가스충전소 • 가연성 • 갈탄 • 개질수소 • 경유(디젤) • 경질유 • 고급휘발유 • 고압가스 • 고체연료 • 그레이수소 • 그린수소 • 기체연료 • 나무 • 난방연료 • 두바이유 • 등유 • 땔감 • 면세유 • 무연탄 • 무연휘발유 • 바이오 • 바이오가스 • 바이오디젤 • 바이오매스 • 바이오에탄올 • 바이오연료 • 방사성물질 • 배기가스 • 배출가스 • 번개탄 • 부생수소 • 분별증류 • 뷰테인(부탄) • 브라운수소 • 브렌트유 • 블루수소 • 석유 • 석유화학 • 석탄 • 셰일가스 • 셰일오일 • 수소 • 수소연료 • 수소전기 • 순도 • 숯(목탄) • 압축가스 • 액체연료 • 액화가스 • 연료 • 연료첨가제 • 연비 • 연소 • 연탄 • 오일샌드 • 오일셰일 • 옥탄가 • 용해가스 • 원유 • 유사경유 • 유연탄 • 유연휘발유 • 윤활유 • 일반휘발유 • 장작 • 점화 • 정유 • 정제 • 조개탄 • 주입 • 중유 • 중질유(中質油) • 중질유(重質油) • 증류 • 질소산화물 • 천연가스 • 천연자원 • 친환경연료 • 코크스 • 타르 • 텍사스유 • 프로페인(프로판) • 합성경유 • 핵연료 • 혼유 • 혼합가스 • 혼합기체 • 혼합연료 • 화석연료 • 화재 • 휘발유(가솔린)
|
|
|
| 위키 : 자동차, 교통, 지역, 산업, 기업, 단체, 업무, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반
|
|
