을 가지고 있다. 예를 들어 같은 진동수를 갖는 소리굽쇠 둘을 연이어 놓고 한쪽 소리굽쇠를 치면 다른 한쪽도 같이 울리게 된다. 한쪽을 계속 반복해 친다면 다른 쪽의 진폭은 점점 커지게 된다. 그러나 다른 진동수를 가진 것을 놓을 경우 같은 실험에 소리굽쇠는 진동하지 않는다.
타코마교 붕괴에서도 이런 원리가 적용됐다. 양쪽 교각에 연결한 케이블에 다리가 매달려 있는 형태인 이 다리는 바람이 불 < 사진-5 흔들리는 타코마교 >
때마다 약간의 흔들림이 생겼다. 그런데 공교롭게도 이 진동이 다리 자체의 고유한 진동과 일치하는 바람에 움직임이 점점 커지면서 결국 붕괴로 이어졌던 것이다. 그렇다고 요즘 한강을 건널 때 바람의 공명 때문에 다리가 무너질 걱정을 할 필요는 없다. 이 사건을 계기로 이후 건설하는 다리는 모두 설계 단계부터 이에 대한 보완을 철저히 하고 있기 때문이다.
◎ 사례 2. 영국 밀레니엄 다리 폐쇄
런던에 있는 ‘밀레니엄 다리’가 2000년 행인들의 발 맞추기에 의한 심한 진동 때문에 폐쇄되기도 했다. 다리 개막식에 참석한 2,000여명의 행인이 동시에 발을 맞추기 시작하자, 다리는 옆으로 심하게 흔들리기 시작했다. 설상가상으로 흔들리는 다리에서 균형을 잡으려는 행인들이 흔들림에 발을 일제히 맞추기 시작해 새로 개장한 현대식 다리가 통제 불능 상태에 빠지게 된 것이다. 그 후 밀레니엄 다리는 보수공사를 하기 위해 폐쇄할 수 밖에 없었다.
< 사진-6 영국 밀레니엄 다리 >
◎ 사례 3. 지진 발생 시 생기는 진동(울진 해역 진동)
지난 2004년 5월 29일 19시 14분 24.0초에 울진 해역에서 발생한 규모 5.2 지진은 410km 까지 떨어진 경기도 고양시에서도 진동을 느낄 수 있을 정도로써 우리나라에서 관측 된 지진 발생 역사상 가장 큰 지진이었다.
추가적 설명으로 지진에 의한 진동은 처음엔 파쇄면의 작은 면적에서 시작되며 이 면적은 곧 빠른 속도로 팽창해 나간다.(단, 이 속도는 P파의 속도보다는 느리다). 파쇄와 이에 수반하는 진동이 맨 처음 시작되는 지각내의 한 점을 진원(focus 또는 hypocenter)이라 부른다.
진동이 직접적인 피해를 주는 건 아니지만, 진동으로 발생한 고유 주파수가 근처에 건물이나 다리 등의 구조물과 일치하였다면 큰 피해가 일어났을 것이다.
V : 울진
IV : 삼척, 태백, 안동, 의성, 포항
Ⅲ : 강릉, 추풍령, 울산, 160km
Ⅱ : 강원일대, 서울, 경기, 전남, 전북, 충남, 충북 일대, 410km
< 그림-6 울진 지진 발생 지점 및 범위 >
ⅱ. 결론 및 고찰
① 실험 결과의 비교 분석
이번에 시행한 Crank-Vibration 실험은 질량에 대한 조건에 변화를 주어 총 4번의 실험을 하였는데, 시험온도나 시험기구, 주위 환경 조건은 동일하였다.
위의 실험 Data-1 결과표와 그래프를 살펴보면 추의 질량(g)이 증가 할수록 Correction Factor(α) 또한 증가한다는 것을 볼 수 있다. 비록 직접 실행한 실험은 아니었지만 Data를 분석해보면, 질량 변화를 0.1, 0.06, 0.04, 0.06, 0.04, 0.06 순으로 일정하지 않은 변화량 주었기 때문에 정확한 그래프가 나오지 않았다고 분석한다. 하지만 7개의 Data로 질량변화에 따른 Correction Factor의 변화는 그래프에서 보는바와 같이 거의 선형적이라고 할 수 있을 정도로 꾸준하게 증가하였다. 또한 질량변화에 따라서 lead의 운동모양을 보면 질량이 0.160g일 때 까지는 x축 방향으로의 움직임이 y축 방향의 움직임보다 상대적으로 길었지만, 질량이 0.160g이상이 되었을 때는 y축 방향의 움직임이 x축 방향의 움직임보다 상대적으로 큰 타원 모양을 그리면 운동한다는 것을 볼 수 있다.
실험 Data-2 는 실험시간에 직접 시행한 실험으로써 추의 질량변화에 따른 Frequency의 변화를 알아보는 실험이었다. 실험 Data-2 표와 그래프를 분석하면 질량이 증가 할수록 Frequency도 증가한다는 것을 알 수 있다.
하지만 실험 Data-1과 Data-2는 여러 진동관련 서적에 있는 이론값과는 조금씩 차이가 있었다. 오차원인을 생각해보면 다음과 같다.
우선, 실험을 한 테이블 자체가 정확하게 지면과 고정되어 있지 않아서 크랭크와 피스톤의 움직임으로 진동이 발생하였을 때 발생한 진동에 영향을 받았을 것이다. 또한 Speed-Control unit이 오른쪽에 보이는 사진과 같이 rpm을 정확히 확인할 수 없는 구조이고, 사람의 손으로 직접 조정하여 최대 변위를 갖는 움직임을 판단하여야 했기에 실험 결과의 정확도가 떨어졌다고 생각한다. 마지막으 < 사진-7 Speed-Control unit 조작사진 >
로 Stroboscope(섬광 촬영 장치)를 사용하여 Frequency를 측정하였는데 이 과정역시 사람의 눈으로 확인하고 측정하였기 때문에 오차가 발생했다고 유추할 수 있다.
비록 정확한 실험을 했다고 할 수는 없었지만 이번 Crank-Vibration 실험을 통하여 진동에 대한 많은 공부를 하게 되었고 그 과정에서 많은 전문적 지식을 습득하게 되었다. 주위에서 쓰이고 있는 진동의 활용이나 진동으로 인한 피해사례를 조사하면서 알게 된 정보는 진동 수업시간에 많은 도움이 될 것 같다. 다음에 유사한 실험이나 한 번 더 실험을 할 기회가 주어진다면 오차발생 요소들을 제거하여 정확하게 실험을 하고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① Singiresu S. Rao, "기계진동학", PEARSON Prentics Hall, 2004, pp 44, 80, 407
② William J. Palm, “진동공학”, 인터비젼, 2007, pp 133
③ R.G. Whie & J.G. Walker, “소음과 진동”, 양마출판사, 1996, pp 47, 146
④ 백광현 외 4명, “쉽게 배우는 기계진동”, 인터비젼, 2003, pp 9
⑤ http://www.kma.go.kr/ , 기상청
⑥ http://www.kisti.re.kr, 한국과학기술연구원
⑦ http://www.hankooki.com, 한국일보, 2005.07.06 기사