자유(freedom)라는 단어로 사용되는 공학용어는 좌표각(degree)과 같이 사용되어 물체의 운동 및 진동현상을 수식적으로 표현하기 위하여 사용된다. 특히 진동에서는 진동하는 물체를 변위, 속도, 가속도의 진폭과 주파수로 표기할 좌표가 있어야 하는 데 이때 진동의 ‘자유도(degree of freedom)’가 사용된다. 자유는 고유(Eigen value)와 같다고 생각한다. 왜냐하면 고유한 특성을 내는 상태는 자유 그 자체이기 때문이다.
자유도(DOF) & 자유진동(Natural vibration)
계의 거동을 표현하는 좌표의 수를 ‘자유도’라고 한다. 하나의 점(spot)은 3개(x, y, z축)의 자유도를 갖고 자유로운 공간의 강체(rigid body, 각 자유도간에 서로 연성이 없는 물체)는 6자유도(각축 + 각회전방향)의 자유도가 존재한다. 마지막으로 탄성 연속체(Continuous)로서 이는 무한개의 자유도를 갖는다. 이때 각 자유도는 고유진동수와 진동모드를 소유하게 되는데 고유벡터가 그려지는 이유가 된다. 평면에 그리는 한 방향 질량-탄성 진동계의 경우에는 1개의 질량당 1개의 고유주파수가 있다고 할 수도 있다.
반면에 ‘자유진동(Free vibration, natural vibration)’은 강제진동(forced)과 대치되는 용어로서 초기외력이 제거된 상태의 질량과 탄성으로 자유롭게 움직이는 상태의 진동을 말한다. 이는 지속적인 가진이 가해져서 가진력과 고유계(관성력, 감쇠력, 탄성력)가 조합되어 나타나는 강제진동(Forced)과 구분된다. 자유진동의 상태의 주기는 고유하며 이때의 반복 주파수가 바로 ‘고유주파수’가 된다. 그러나 강제진동의 주기는 강제주파수이며 이 주파수와 계가 지니고 있는 고유주파수와 일치했을 경우에 ‘공진(Resonance)’이 발생한다.
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