지레의 원리 공부해보자.

지레를 이용한 무게 원리에 대해 알아본다.

지레는 받침점에 막대를 올려서 고정시킨 후, 한쪽에 물체를 올리고 다른 쪽에 힘을 가하여 작은 힘으로 큰 힘의 효과를 보는 도구이다. 지렛대는 무게가 무거운 물체를 들어 올릴 수 있다. 고대 수학자 아르키메데스는 우주에서 발판이 될 장소와 긴 지렛대만 있다면 지구를 들어 올릴 수 있다고 말했다. 무거운 것을 들어 올리는 데 유용한 지레를 이용한 실험들을 알아보고, 무게가 변하는 원리를 살펴보자.

1. 지레의 원리를 이용한 양팔 저울

지레의 원리를 이용한 놀이기구 중에 시소가 있다. 시소의 받침대에서 떨어져 앉아 있는 거리에 따라 작용하는 힘이 다르다. 그래서 몸무게가 비슷하거나 서로 차이가 나는 두 사람이 타면 몸이 위아래로 번갈아가면서 오르락내리락 한다. 무거운 사람과 가벼운 사람이 받침대에서 멀고 가까운 거리를 조정하여 탄다. 이런 원리를 이용하여 양쪽의 물체 무게를 비교할 수 있는 것이 양팔 저울이다. 무게가 똑같은 크기의 양초 양끝에 불을 붙여 타들어가게 하면 촛농이 떨어질 때마다 양초가 올라갔다 내려갔다 시소 운동을 하게 된다.

 

양팔 저울의 균형은 받침점으로부터 추를 매단 곳까지의 거리와 관계가 매우 깊다. 받침점에서 같은 거리, 무게가 동일한 추를 매단 곳의 한 부분을 꺽으면 거리가 짧아져 균형이 깨진다. 꺾인 부분을 펴면 다시 수평을 만들 수 있다. 기원전 5000년 ~ 기원저 4000년의 고대 이집트 벽화에 그려진 저울은 지금의 천칭과 많이 비슷하다. 모빌은 무거운 물체를 중심 쪽에, 가벼운 물체를 중심으로부터 멀리 매달아 안정되게 균형을 맞춘다.

2. 지레의 종류 알아보기

지레는 막대를 이용하여 작은 힘을 큰 힘으로 바꾸는 도구이다. 받침점, 작용점, 힘점의 위치에 따라 세 가지로 나눌 수 있다. 한 점을 물체로 받쳐 고정시키는 받침점, 무거운 물체를 들어 올리는 작용점, 반대쪽에서 아래로 눌러 힘을 주는 곳을 힘점이라고 한다. 제1종 지레는 힘점과 작용점 사이에 받침점이 있다. 종류는 펜치, 가위가 있다. 제2종 지레는 힘점과 받침점 사이에 작용점이 있다. 제3종 지레는 작용점과 받침점 사이에 힘점이 있다. 지레를 사용해서 더 많은 힘이 들어도 정밀한 작업을 할 수 있게 한다.

3. 지레의 원리 이해하기

힘점과 받침점 사이의 거리에 따라 물체를 움직이는 데 힘이 많이 들기도 하고 적게 들기도 한다. 받침점과 힘점이 멀수록 힘이 적게 든다. 작용점과 받침점 사이의 거리가 가까워도 힘이 적게 든다. 지레를 사용하여 힘을 적게 쓰려면 받침점에서 힘점까지의 거리보다 받침점에서 작용점까지의 거리를 더 짧게 하면 된다. 움직일 물체 가까이에 받침점을 놓으면 들어 올리고 이동시키는 것이 훨씬 쉽다.

4. 지레를 이용한 방아의 원리

전기, 기계가 없던 옛날에는 사람이 직접 힘을 써서 일을 해야 했다. 옛날 사람들이 추수를 하고 난 후, 곡식을 빻을 때 쓰던 방아에 숨겨져 있는 과학 원리가 있다. 디딜방아는 곡식을 찧을 때 지렛대의 다리를 발로 밟는다. 그러면 맞은 편의 방앗공이가 오르내리면서 곡식을 찧는다. 다리의 운동 에너지가 작용점인 방앗공이에서 가장 커져서 몇 배로 효과적이다. 물레방아도 지레의 원리를 이용한 농기구로 냇가에 물길을 만들어서 설치한다. 물이 떨어지는 힘으로 물레바퀴가 돌아가면 지렛대 모양의 방아 한쪽이 힘을 받아 곡식을 빻는다.