전단 (물리)

전단(剪斷)에 대해 설명한다.

크기가 같고 방향이 서로 반대되는 힘들이 어떤 물체에 대해서 동시에 서로 작용할 때 그 대상 물체 내에서 면(面)을 따라 평행하게 작용하는 힘을 전단력(剪斷力)이라 하고, 이때 그 대상이 전단력(剪斷力)에 영향받는 현상을 전단이라고 한다.

가위로 잘리는 종이의 절단면(切斷面)을 예로 들수있다.

특히 유체 역학에서는 쏠림현상 또는 층밀리기 변형력이라고도 한다.

전단 응력(shear stress) 

전단 응력
 작용 힘
작용 면적

충격에 영향을받지 않는 정도에 따른 단단한 둥근 막대에서 생성되는 최대 전단 응력은 다음 식으로 주어진다.

운동에너지 변화율
전단 탄성 계수
부피

유체의 전단력 
고체 경계를 따라 움직이는 실제 유체 (액체 및 가스 포함)는 경계에서 전단 응력을 발생시킨다. 미끄러움이없는 조건은 경계에서 유체의 속도가 0 인 것을 나타낸다. 그러나 경계로부터 일정 높이에서 점점 유속은 유체의 속도와 동일해간다.

점성 계수
 유속(유체의 속도)
 높이
전단변형률

행렬 
데카르트 좌표 (x, y)의 2D 공간 (유속 성분은 (u, v) 임)을 고려하면 전단 응력 행렬은 다음과 같다.

뉴턴 유체 흐름을 나타낸다. 실제로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

즉 점도 텐서를 갖는 비등방성 유동

(공간 좌표에 따라 다름) 과도 현상이지만, 유속과 관련이 없다.

따라서 이 흐름은 뉴턴 식이다. 한편, 점도가

일때, 점도는 유속에 의존하기 때문에 비(非)뉴튼 유체(Nonnewtonian)이다. 이 비 뉴튼유체는 등방성 (행렬은 단위 행렬에 비례 함)이므로 점도는 단순히 스칼라이다.

같이 보기 
 전단 응력
 마찰력
 응력(변형율)

참고 

 유체역학(Fundamentals of fluid mechanics, Wiley,Bruce R. Munson,Donald F.Young,Theodore H.Okiishi,5thEdition)
 수질환경(2013,세진사,공저-이종혁,이의현,김선태)

물리학
연속체역학