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몸 앞에 종이를 대고 빠르게 달려 본 적 있나요? 종이를 붙인 것이 아니므 로 중력 때문에 종이가 바닥으로 떨 어져야 할 것 같지만, 예상과 달리 몸 앞에 딱 붙어 있지요. 왜 이런 현상이 나타날까요?

이는 종이가 중력만 받는 게 아니라 중력과 반대 방향 의 힘도 같은 크기로 받기 때문이에요. 이처럼 방향은 반 대고 크기는 같은 두 힘을 더하면 합이 0이 돼요. 즉, 종이 가 위아래로 받는 힘의 총합이 0이 되어 종이는 위아래로 움직이지 않지요. 이런 상태를 ‘힘의 평형’이라고 해요. 몸 앞에 종이를 대고 달릴 때 중력에 대항해 종이를 평형 상 태로 만드는 힘은 마찰력이에요. ‘마찰력’은 어떤 면과 접촉한 물체가 운동을 하거나 운동을 하려고 할 때 접촉면 을 따라 생겨 그 운동을 방해하는 힘이지요. 이때, 마찰력은 물체의 질감이 거칠수록, 수직항력이 클수록 커져요. ‘수직항력’이란 물체가 접촉한 면에 수직 으로 받는 힘을 말해요. 예를 들어, 앞으로 달리는 동안 종 이는 몸과 접촉하는 면에 수직하는 방향인 앞으로 수직항 력을 받지요.

이 때문에 달릴 때 종이의 최대 마찰력이 커 져 종이가 아래로 떨어지지 않고 위아래로 힘의 평형을 이룬답니다.

자석으로 마찰력을 높여라!

4M의 ‘냉장고로봇’은 냉장고에 붙어 움직이는 로봇이에요. 스위치를 켜면 양쪽의 다리가 원을 그리며 굴러 앞으로 나아가지요. 냉장고로봇은 어떻게 냉장고에 붙어서 움직일 수 있을까요?

비결은 냉장고로봇 바닥에 붙은 자석이에요. 냉장고는 금속으로 이뤄졌기때문에 로봇의 자석을 잡아당겨요. 만약 로봇이 이 힘만 받으면 냉장고 속으로 파고 들어가 버릴 거예요. 다행히 로봇은 냉장고가 자석의 힘과 같은 크기로 로봇을 밀어내는 ‘수직항력’도 받아요. 이 때문에 로봇은 냉장고 면을 파고들지 않는답니다.

이 수직항력 덕분에 냉장고로봇이 받을 수 있는 최대 마찰력도 커져요. 지구의 중력을 이겨낼 정도라 로봇은 아래로 떨어지지 않지요. 두 다리가 원을그리기 위해 냉장고 면에서 떨어지면 몸통의 자석이 냉장고 면에 붙어 마찰력을 유지한답니다. 냉장고로봇을 여러분도 만들어 보세요!