감쇠 - damping

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그네를 계속 밀어주지 않으면 멈추게 되는 것이 대표적인 감쇠현상으로, 이 현상은 총체적으로 물체가 지니고 있는 에너지의 손실을 수반한다. 감쇠가 너무 크면 물체는 외란을 받아도 진동을 일으키지 않는데, 진동을 발생시키지 않는 최소한의 감쇠 크기를 임계감쇠(critical damping)라고 한다. 임계감쇠보다 더 큰 감쇠를 과도감쇠(overdamped)라고 부르며, 문을 천천히 열고 닫기 위해 부착하는 댐퍼(damper)는 이러한 과다감쇠의 한 예이다. 반대로 인계감쇠보다 낮은 감쇠를 갖는 물체의 진동은 천천히 정지하게 된다.

감쇠를 야기시키는 원인에는 여러 가지가 있다. 그 중 하나인 마찰(friction)은 건조상태에서 발생하는 쿨롱 마찰력(Coulomb frictional force)에 의한 감쇠효과로서 미끄러지는 두 면 사이의 정전기력 때문에 생기며 운동에너지를 열로 소모시킨다. 윤활유나 자동차의 충격흡수 장치에 주입되는 유체에서 발생하는 에너지 감쇠현상을 점성감쇠(viscous damping)라고 한다. 이러한 감쇠는 유체의 유동과 수직방향으로의 유동의 상대적인 속도차이에 비례한다. 외부의 감쇠작용이 없어도 움직이는 구조물 내부에는 에너지 손실이 발생할 수 있는데, 이것을 히스테리 감쇠(hysteretic damping) 또는 구조 감쇠(structural damping)라고 부른다. 히스테리 감쇠는 물체가 변형되었다가 다시 원래 상태로 돌아가는 과정을 반복하면 고체 내의 결정 격자가 제멋대로 진동하거나 유체 내의 분자가 마음대로 움직이면서 운동에너지를 흡수하기 때문에 발생한다.

또 다른 종류의 감쇠현상도 있다. 라디오와 같은 전파 수신기 내의 공명 전기회로에 교류가 들어왔다 나갔다 하면 전기저항이 생겨서 에너지가 감소한다. 복사감쇠(radiation damping)의 경우는 전자와 같이 전기를 띠고 움직이는 입자의 진동에너지가 일단 전자기 에너지로 변환된 후 전파·적외선·가시광선의 형태로 방출된다. 자기감쇠(magnetic damping)는 코일이나 진동체에 붙어 있는 알루미늄판에서 발생한 와전류(eddy current)가 자석의 두 극 사이를 흐를 때 운동에너지가 열로 소모되기 때문에 발생한다.

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