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무거운 물건을 들려면 어떻게 해야 할까요? 더 많은 근육을 키우거나 천하장사가 되어야 할까요? 아니랍니다. 과학의 원리만 잘 알면 누구나 천하장사가 될 수 있다구있다구요. 그 비밀이 궁금하다면 과학교과서 뛰어넘기 플러스에 집중!
과학의 힘-편리한 도구들
아주 옛날부터 사람들은 일을 더욱 편리하게 하기 위해 도구를 만들어 왔어요. 바로 지레와 도르래, 축바퀴, 빗면과 같은 도구들이지요. 이와 같은 도구들은 힘의 방향을 바꾸어 주거나 더 작은 힘으로 물체를 들어 올릴 수 있도록 해 줍니다. 일상생활에서도 이런 도구들을 아주 자주 사용하고 있어요. 우리가 흔히 사용하는 병따개는 지레의 원리를 이용한 것이지요. 맨손으로 병뚜껑을 여는 것은 거의 불가능하지만 병따개를 이용하면 뽕하고 병뚜껑이 쉽게 열리니까요. 우리를 천하장사로 만들어 주는 도구들에 대해 더 자세히 알아보아요.
지레
막대에 어떤 점을 받쳐 그 받침점을 기준으로 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 효과를 높일 수 있도록 만든 도구.
도르래
바퀴에 줄을 걸어 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 효과를 높이는 도구. 힘의 방향을 바꾸어 주는 고정도르래와 힘의 효과를 높여 주는 움직도르래가 있다.
축바퀴
지레의 원리를 이용한 것으로 작은 회전을 크게 돌릴 수 있도록 해 힘의 효과를 높이는 도구.
빗면
같은 높이의 오르막이라도 경사가 완만할수록 작은 힘이 드는 원리를 이용 한 것.
받침점, 힘점, 작용점의 마술
지레를 이용하면 그냥 들 수 없었던 무거운 물건을 들 수 있어요. 이것은 바로 지레의 세 가지 점이 있어서 가능한 것이죠. 아래의 그림과 같이 지레에는 받침점과 힘점, 작용점이 있어요. 받침점은 지레의 받침대 역할을 하는 점이고 작용점은 들어 올리려는 물체가 놓여 힘이 작용하는 점이죠. 힘점은 직접 힘을 주는 점이에요. 지레가 작은 힘으로도 무거운 물체를 들어 올릴 수 있는 이유는 바로 힘이 나눠지기 때문이지요. 작용점의 무거운 물체를 A 거리만큼 옮기는 데 드는 힘을 힘점에서 B 거리만큼 더 길게 움직이는 대신 힘이 나눠지는 것이 랍니다. 한 번에 들 수 없는 바위를 작게 쪼개서 여러 번 드는 것과 같은 원리입니다.
지레, 이렇게 사용 돼
친구들의 가장 가까운 곳에 지레의 원리가 숨어 있어요. 바로 팔이랍니다. 팔의 뼈와 관절, 근육이 지렛대, 받침점, 힘점의 역할을 하는 것이죠. 이 인체 지레는 힘점과 받침점 사이의 거리가 작용점과 받침점 사이의 길이보다 짧은 지레기 때문에 힘은 많이 들지만 빠르고 크게 움직일 수 있지요. 이외에도 손톱깎이나 병따개, 가위, 핀셋, 젓가락등 다양한 도구들 속에 지레의 원리가 숨어있답니다.
고정도르래 VS 움직도르래
무거운 물체를 들어 올릴 때 편리하게 사용할 수 있는 도구가 있습니다. 바로 도르래지요. 도르래는 고정도르래와 움직도르래 두 가지 종류가 있는데요. 고정도르래는 일정한 장소에 고정되어 힘의 방향만 바꾸어 줍니다. 바로 우물에서 볼 수 있는 도르래지요. 움직도르래는 줄과 함께 움직이는 도르래로 당기는 힘은 줄여 주지만 힘의 방향은 그대로입니다. 고정도르래와 움직도르래를 섞어 힘의 방향도 바꿔주고 당기는 힘도 줄여 주는 복합도르래도 있답니다.
보통 물체를 위로 끌어올리는 것보다 아래로 당기는 것이 더 쉽지요. 그래서 고정도르래를 사용하면 일을더편리하게할수있어요. 움직도르래는도르래를 건 줄이 양쪽의 무게를 나누어 들기 때문에 당기는 힘이 반으로 줄어드는 것이지요.
거리는 멀어도 힘은 적게 들어!
같은 높이의 산이 있습니다. 한쪽 산은 경사가 급하고 다른 산은 완만합니다. 경사가 급한 산은 올라 가는 거리는 짧지만 큰 힘이 들지요. 하지만 경사가 완만한 산은 올라가야하는 거리는 길지만 작은 힘이 듭니다. 바로 이러한 원리를 이용한 것이 빗면이지요. 축바퀴도 마찬가지랍니다. 축바퀴를 이용하는 대표적인 도구인 드라이버를 보면 나사를 죄는 부분보다 손잡이 부분이 더 큽니다. 그래서 나사를 죄는 부분보다 손잡이 부분이 더 크게 회전하게 되지요. 더 크게 회전하는 만큼 힘은 더 작게 드는 것이랍니다.
도구, 하는 일의 양은 같다고?!
지레대와 움직도르레, 빗면, 축바퀴는 모두 물체를 들어 올리는 힘의 세기를 줄여 주는 도구입니다. 하지만 이러한 도구를 사용할 때나 사용하지 않을 때나 해야 하는 일의 양은 같답니다.‘에? 그럼 왜 도구를 사용해~’라고 생각하는 친구들도 있을 거예요. 하지만 생각해 보세요. 100㎏의 물체를 1m 드는 데 100의 힘이 필요다고 가정해 보아요. 하지만 나에겐 100의 힘이 없어 물체를 들 수 없지요. 그때 지레를 이용하면 힘점에 50의 힘만 가해도 100kg의 물체를 1m 들 수 있어요. 하지만 지레를 2m 아래로 내려야 하지요. 결국 물체를 그냥 들 때나 지레나 도르래를 이용해들때해야 하는 일의 양은 같은 것이 랍니다. 해야 하는 일의 양은 같아도 도구는 좀 더 작은 세기의 힘으로 같은 일을 할 수 있도록 해 주어 생활을 편리하게 만들어 주는 것이지요.
힘의 방향을 바꾸어 주거나 작은 세기의 힘으로 무거운 물체를 들 수 있게 해 주는 도구로 만들어진 절대마법도구. 지레, 도르래, 빗면, 축바퀴와 같은 절대마법도구들은 마법이라기보다 과학의 힘이랍니다. 과학만 있으면 아무리 무거운 물체도 쉽게 들수 있는 천하장사가 될 수 있는 것이지요. 유레카로 유명한 아르키메데스는 “내게지구 밖에 받칠 수 있는 장소를 달라. 그러면 내가 지레로 지구를 옮길 수 있다”라고 이야기했을 정도랍니다. 이제 힘센 친구들이 아무리 힘자랑을 해도 부럽지 않겠죠? 우리에겐 과학이라는 도구가 있으니까 말이에요.
과학의 힘-편리한 도구들
아주 옛날부터 사람들은 일을 더욱 편리하게 하기 위해 도구를 만들어 왔어요. 바로 지레와 도르래, 축바퀴, 빗면과 같은 도구들이지요. 이와 같은 도구들은 힘의 방향을 바꾸어 주거나 더 작은 힘으로 물체를 들어 올릴 수 있도록 해 줍니다. 일상생활에서도 이런 도구들을 아주 자주 사용하고 있어요. 우리가 흔히 사용하는 병따개는 지레의 원리를 이용한 것이지요. 맨손으로 병뚜껑을 여는 것은 거의 불가능하지만 병따개를 이용하면 뽕하고 병뚜껑이 쉽게 열리니까요. 우리를 천하장사로 만들어 주는 도구들에 대해 더 자세히 알아보아요.
지레
막대에 어떤 점을 받쳐 그 받침점을 기준으로 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 효과를 높일 수 있도록 만든 도구.
도르래
바퀴에 줄을 걸어 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 효과를 높이는 도구. 힘의 방향을 바꾸어 주는 고정도르래와 힘의 효과를 높여 주는 움직도르래가 있다.
축바퀴
지레의 원리를 이용한 것으로 작은 회전을 크게 돌릴 수 있도록 해 힘의 효과를 높이는 도구.
빗면
같은 높이의 오르막이라도 경사가 완만할수록 작은 힘이 드는 원리를 이용 한 것.
받침점, 힘점, 작용점의 마술
지레를 이용하면 그냥 들 수 없었던 무거운 물건을 들 수 있어요. 이것은 바로 지레의 세 가지 점이 있어서 가능한 것이죠. 아래의 그림과 같이 지레에는 받침점과 힘점, 작용점이 있어요. 받침점은 지레의 받침대 역할을 하는 점이고 작용점은 들어 올리려는 물체가 놓여 힘이 작용하는 점이죠. 힘점은 직접 힘을 주는 점이에요. 지레가 작은 힘으로도 무거운 물체를 들어 올릴 수 있는 이유는 바로 힘이 나눠지기 때문이지요. 작용점의 무거운 물체를 A 거리만큼 옮기는 데 드는 힘을 힘점에서 B 거리만큼 더 길게 움직이는 대신 힘이 나눠지는 것이 랍니다. 한 번에 들 수 없는 바위를 작게 쪼개서 여러 번 드는 것과 같은 원리입니다.
지레, 이렇게 사용 돼
친구들의 가장 가까운 곳에 지레의 원리가 숨어 있어요. 바로 팔이랍니다. 팔의 뼈와 관절, 근육이 지렛대, 받침점, 힘점의 역할을 하는 것이죠. 이 인체 지레는 힘점과 받침점 사이의 거리가 작용점과 받침점 사이의 길이보다 짧은 지레기 때문에 힘은 많이 들지만 빠르고 크게 움직일 수 있지요. 이외에도 손톱깎이나 병따개, 가위, 핀셋, 젓가락등 다양한 도구들 속에 지레의 원리가 숨어있답니다.
고정도르래 VS 움직도르래
무거운 물체를 들어 올릴 때 편리하게 사용할 수 있는 도구가 있습니다. 바로 도르래지요. 도르래는 고정도르래와 움직도르래 두 가지 종류가 있는데요. 고정도르래는 일정한 장소에 고정되어 힘의 방향만 바꾸어 줍니다. 바로 우물에서 볼 수 있는 도르래지요. 움직도르래는 줄과 함께 움직이는 도르래로 당기는 힘은 줄여 주지만 힘의 방향은 그대로입니다. 고정도르래와 움직도르래를 섞어 힘의 방향도 바꿔주고 당기는 힘도 줄여 주는 복합도르래도 있답니다.
보통 물체를 위로 끌어올리는 것보다 아래로 당기는 것이 더 쉽지요. 그래서 고정도르래를 사용하면 일을더편리하게할수있어요. 움직도르래는도르래를 건 줄이 양쪽의 무게를 나누어 들기 때문에 당기는 힘이 반으로 줄어드는 것이지요.
거리는 멀어도 힘은 적게 들어!
같은 높이의 산이 있습니다. 한쪽 산은 경사가 급하고 다른 산은 완만합니다. 경사가 급한 산은 올라 가는 거리는 짧지만 큰 힘이 들지요. 하지만 경사가 완만한 산은 올라가야하는 거리는 길지만 작은 힘이 듭니다. 바로 이러한 원리를 이용한 것이 빗면이지요. 축바퀴도 마찬가지랍니다. 축바퀴를 이용하는 대표적인 도구인 드라이버를 보면 나사를 죄는 부분보다 손잡이 부분이 더 큽니다. 그래서 나사를 죄는 부분보다 손잡이 부분이 더 크게 회전하게 되지요. 더 크게 회전하는 만큼 힘은 더 작게 드는 것이랍니다.
도구, 하는 일의 양은 같다고?!
지레대와 움직도르레, 빗면, 축바퀴는 모두 물체를 들어 올리는 힘의 세기를 줄여 주는 도구입니다. 하지만 이러한 도구를 사용할 때나 사용하지 않을 때나 해야 하는 일의 양은 같답니다.‘에? 그럼 왜 도구를 사용해~’라고 생각하는 친구들도 있을 거예요. 하지만 생각해 보세요. 100㎏의 물체를 1m 드는 데 100의 힘이 필요다고 가정해 보아요. 하지만 나에겐 100의 힘이 없어 물체를 들 수 없지요. 그때 지레를 이용하면 힘점에 50의 힘만 가해도 100kg의 물체를 1m 들 수 있어요. 하지만 지레를 2m 아래로 내려야 하지요. 결국 물체를 그냥 들 때나 지레나 도르래를 이용해들때해야 하는 일의 양은 같은 것이 랍니다. 해야 하는 일의 양은 같아도 도구는 좀 더 작은 세기의 힘으로 같은 일을 할 수 있도록 해 주어 생활을 편리하게 만들어 주는 것이지요.
힘의 방향을 바꾸어 주거나 작은 세기의 힘으로 무거운 물체를 들 수 있게 해 주는 도구로 만들어진 절대마법도구. 지레, 도르래, 빗면, 축바퀴와 같은 절대마법도구들은 마법이라기보다 과학의 힘이랍니다. 과학만 있으면 아무리 무거운 물체도 쉽게 들수 있는 천하장사가 될 수 있는 것이지요. 유레카로 유명한 아르키메데스는 “내게지구 밖에 받칠 수 있는 장소를 달라. 그러면 내가 지레로 지구를 옮길 수 있다”라고 이야기했을 정도랍니다. 이제 힘센 친구들이 아무리 힘자랑을 해도 부럽지 않겠죠? 우리에겐 과학이라는 도구가 있으니까 말이에요.
