▶ 도르래

▶ 도르래

도저히 더 이상은 못하겠다.
그런데 왜 한 손으로 매달리기가 두 손으로 매달리기 보다 어려운 걸까?

간단해.
먼저 넌 질량이 있으니까, 지구구가 너를 아래로 끌어당겨. 지구가 너에게 아래로 작용하는 힘을 너의 무게라고 하지. 네가 철봉에서 떨어지지 않고 매달려 있으려면 네 무게와 같은 크기의 위로 올려 주는 힘이 필요하지.

한 손으로 매달리면 네 무게를 한 팔이 지탱해야 하니까, 한 팔이 네 무게에 해당하는 힘을 혼자 부담해야 하지. 하지만 두 손으로 매달리면 위로 올리는데 필요한 힘을 두 팔이 나누어 부담하게 되지. 따라서 두 손으로 매달리면 각 팔은 너의 무게의 반에 해당하는 힘만 부담하면 되지.

아하!

도르래라는 도구에도 비슷한 원리가 쓰여. 도르래는 자유롭게 돌 수 있는 바퀴에 홈을 내고, 그 홈에 밧줄과 같은 것을 걸어둔 거야. 그러면 도르래의 줄 한쪽에 가한 힘이 다른 곳에 전달되지.

도드래에는 고정되어 있는 고정도르래와 움직일 수 있는 움직도르래, 두 종류가 있어.
먼저, 고정도르래에 대해 살펴보자.

(1) 고정도르래

바퀴가 어딘가에 고정되어 있어, 바퀴가 이동하지 못하고 제자리에서 돌 수만 있는 도르래.

줄의 한쪽에 물체가 연결되어 있고, 도르래를 통해 줄의 다른 쪽에 힘을 주어 물체를 들어올린다. 물체는 줄 하나에 연결되어 있으므로, 물체를 들어올리려면 물체의 무게와 같거나 더 큰 힘을 아래로 주어야 한다.

그럼 말이야. 위와 같은 고정도르래를 써서 물체를 들어올려면 물체의 무게와 같거나 더 큰 힘을 써야 한다구? 그럼 그냥 드는 것과 같은 크기의 힘이 드는 거잖아. 그렇다면 도르래를 왜 쓰는 거야?

참, 좋은 지적이야. 물론 두 경우 필요한 힘의 크기는 같아. 그렇지만 아래 그림을 잘 살펴보면 다른 점이 있을 걸.

물체를 직접 들려면 힘을 위로 써야 하고, 위에 고정된 도르래를 사용해 물체를 들려면 힘을 아래로 써야 해. 아하, 쓰는 힘의 방향이 다르구나. 그래서?

위로 힘을 쓰는 것과 아래로 힘을 쓰는 것은 좀 차이가 있지. 우리는 질량을 갖고 있어. 따라서 우리 몸에 아래로 작용하는 지구중력인 무게가 있잖아. 만약 물체의 무게가 너의 무게보다 작다면, 너는 힘을 전혀 쓰지 않고 도르래 줄에 매달리기만 해도 물체를 들어올릴 수 있는 거야.

나 같이 물체보다 무게가 작은 경우엔 무게를 실으면, 직접 들 때보다 작은 힘을 써도 물체를 들어올릴 수 있지.

물체를 직접 위로 들어올릴 때는 물체의 무게 이상의 힘을 써야 한다. 그런데 우리는 아래로 작용하는 무게를 갖고 있다. 그래서 위에 설치한 고정도르래를 써서 아래로 잡아당길 때는 우리 무게의 도움을 얻어 힘을 조금 써도 물체를 올릴 수 있다!

다음은 움직도르래.

(2) 움직도르래

바퀴에 물체를 달아, 줄을 잡아당기면 바퀴가 돌면서 물체와 함께 이동하는 도르레.

물체를 지탱하는 줄이 2가닥이므로, 각 줄은 물체의 무게의 반을 부담한다. 그러므로 줄의 한 쪽 끝은 위에 고정하고 다른 끝을 당길 때 물체 무게의 1/2의 크기의 힘을 위로 쓰면, 물체를 들어올릴 수 있다.(도르래의 무게는 물체의 무게보다 아주 작을 때.)

아하! 내가 두 손으로 철봉에 매달릴 때와 비슷하구나.

다음 동영상에서 확인해봐.

scienceorc.net

고정도르래를 사용할 때는 직접 들 때와 거의 같은 정도로 용수철이 늘어났어. 그러니까 두 경우 드는 힘은 거의 같다는 거지.
움직도르래를 사용할 때엔 직접들 때나 고정도르래를 사용할 때에 비해 용수철이 작게 늘어났어. 그것은 움직도르래를 사용하면 다른 두 경우보다 작은 힘으로도 물체를 움직일 수 있다는 뜻이야..

지금까지 알아본 도르래는 우리 생활에서 여러 곳에 쓰이지. 어디어디? 아래 동영상을 봐.

scienceorc.net

엘리베이터에도 도르래가 있대요. 궁금하다면 아래 링크로~

엘리베이터에 도르래가

간단한 도르래를 만들어 보고 싶다면 아래 링크로~