기울기에 따라 달라지는 힘

 
 

준비물

  • 무거운 물체
  • 긴 판자
  • 고무줄
 

실험과 관찰

    1. 무거운 물체에 고무줄을 연결한다.

    2. 길이가 긴 판자를 이용해서 빗면을 만든다.

    3. 물체를 수직으로 들어올리며 늘어나는 고무줄의 길이를 관찰한다.

    4. 물체를 빗면에 올려놓고 끌어올리며 늘어나는 고무줄의 길이를 관찰하고, 수직으로 들어올릴 때와 비교한다. 느껴지는 힘의 차이도 비교해본다

 
 

 
 

왜 그럴까요?

 

    우리가 어떤 물건을 들어올리기 위해서는 힘이 필요하지요. 얼마나 큰 힘이 필요할까요?

    질량이 있는 물체에는 지구 중력이 '아래로' 작용하고 있습니다. 그 중력의 크기를 물체의 무게라고 하지요. 따라서 물체를 수직으로 '위로' 들어올리려면 물체의 무게보다 더 큰 힘으로 들어올려야 합니다.

 
 

    물건을 원하는 높이까지 들어올리는 방법에는 수직으로 들어올리는 방법도 있고, 빗면을 이용해서 물건을 끌어올리는 방법도 있지요.더 작은 힘으로들어올릴 수 있는 방법은 어느 것일까요?

    어떤 물체를 같은 높이만큼 들어올릴 때 '힘×이동거리 = 항상 같다'고 했지요.

    [참고: 힘과 연모/연모(I) 빗면]

    이것은 이동거리가 짧으면 힘이 커야 하고, 이동거리가 길면 힘이 좀 작아도 된다는 의미이지요. 수직으로 들어올릴 때 이동한 거리와 빗면으로 들어올릴 때 거리를 비교 해보면, 빗면으로 올릴 때의 거리가 더 길지요.그러니까 수직으로 들어올릴 때보다 작은 힘으로도 들어올릴 수 있다는 뜻이지요.

 

 

    늘어난 고무줄의 길이를 비교해 보고 금방 알 수 있었다구요? 그래요, 고무줄도 용수철처럼 탄력이 있어서, 많이 늘어나면 힘이 크다는 것을 나타냅니다. 수직으로 들어올릴 때 고무줄이 더 많이 늘어 났으니까 힘이 더 컸다는 뜻입니다.

 
 

    산에 올라갈 때를 떠올려 보세요. 경사가 급한 가파른 길을 올라갈 때는 금방 다리가 아프지만, 경사가 완만한 산은 휘파람 불면서 천천히 갈 수 있지요.

 

 

 

 

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