▶ 축바퀴

▶ 축바퀴

너, 뭐 먹었는데 팔 힘이 그렇게 세진거야?

팔 힘을 쓴 게 아니고, 과학을 쓴 거야. 바로 축바퀴의 원리.

축바퀴?

축바퀴는 가는 원통인 '축'에 그것보다 지름이 큰 원통('바퀴')을 고정시켜 함께 돌 수 있게 만든 도구야. 지름이 다른 여러 원통들을 붙이기도 하지.

축과 바퀴~ 그런데 축바퀴의 원리가 뭔데?

지름이 10, 20, 30cm인 원반 3개를 붙인 축바퀴를 사용한 실험을 관찰해봐. 가운데 쇠막대는 고정되어 함께 도는 게 아니니까 축바퀴의 일부가 아니구. 가장 안쪽의 지름이 가장 작은 원반을 축이라고 보고, 다른 두 원반을 바퀴라고 생각하면 돼.

scienceorc.net

왼쪽과 오른쪽의

(원반의 중심으로부터 추까지의 거리) x (추의 무게)

이 같을 때 수평이 돼. 어느 한쪽의 (원반의 중심으로부터 추까지의 거리) x (추의 무게)가 더 크다면, 그 쪽으로 기을고.

지레가 겹쳐보여!

맞아!
원반 중앙의 쇠막대를 중심으로 회전하니까, 중앙을 받침점이라고 보면 돼. 그리고 작은 힘으로 큰 힘을 얻으려고 한다면, 큰 원반에 추가 매달린 곳은 힘점, 작은 원반에 추가 매달린 곳은 작용점으로 보면 되지.

축바퀴에서도

힘점의 이동 거리 x 힘점에 가한 힘(매달린 추의 무게) = 작용점의 이동거리 x 작용점에서 얻는 힘(매달린 추의 무게)

의 관계가 성립하지. 두 점의 이동거리의 비는 회전한 호의 길이의 비와 같아. 그것은 원반의 반지름의 비와 같아. 따라서

(힘점 - 받침점) 거리 x 힘점에 가한 힘 = (작용점 - 받침점) 거리 x 작용점에서 얻는 힘

의 관계가 성립하는 거야.

아하~ 축바퀴도 이동거리를 크게 하면 작은 힘으로 큰 힘을 얻을 수 있는 도구구나.
그런데 축바퀴는 어디에 사용되고 있어?

원통이나 원반 모양의 물체 2개 이상이 함께 회전하는 곳이면 축바퀴가 사용되고 있을 확률이 크지. 그리고 바퀴는 속이 꽉찬 원반일 필요는 없어. 자전거 바퀴처럼 드문드문 창살로 채워진 것일 수도 있지. 원을 그리면 도는 것은 바퀴일 수 있어.
우리 생활에서는

(1) 축바퀴의 바퀴에 작은 힘을 가하여 축에서 큰 힘을 얻는 경우
(2) 축바퀴의 축에 힘을 가하여 회전시키면 바퀴에서 더 긴 이동거리를 얻고, 그 결과 큰 속력을 얻는 경우

두 가지가 모두 있어.

(1) 축바퀴의 바퀴에 작은 힘을 가하여 축에서 큰 힘을 얻는 예: 문손잡이, 드라이버, 다이얼 스위치, 자동차 핸들

	손으로 바퀴를 돌리면 축이 함께 돌면서 더 큰 힘을 낸다.
	지름이 더 큰 손잡이를 잡고 돌리면 축이 더 큰 힘으로 못을 돌린다.
	바퀴를 돌리면 축이 더 큰 힘으로 돌린다.
	지름이 큰 핸들은 돌리면 축이 더 큰 힘을 내고, 그 힘이 바퀴에 전달되어 바퀴를 돌린다.

(2) 축바퀴의 축에 힘을 가하여 바퀴에서 큰 속력을 얻는 예: 자전거의 바퀴, 자동차의 바퀴, 선풍기

	페달을 밟아 축을 돌리면, 바퀴가 회전하며 빠르게 이동한다.
	자동차 엔진이 축을 돌리면, 바퀴가 회전하며 빠르게 이동한다.
	전동기가 축을 돌리면 날개를 포함하는 바퀴가 빠르게 돌며 공기를 휘젓는다.

와~ 축바퀴를 사용하는 것들이 아주 많이 있었네.

우리가 사용하는 물건들은 보통 여러 가지의 편리한 도구들이 서로 연결되어 동작해.

그런데 말이야. 아까 야구방망이 비슷한 것으로 돌리기 시합했을 때 내가 진 이유가 뭘까?

야구 방망이는 지름이 조금씩 달라지잖아. 그러니까 여러 겹의 원반이 주욱 붙어있다고 볼 수 있지.
내가 아주 두꺼운(반지름이 큰) 부분을 잡고, 네가 아주 가는(반지름이 작은) 부분을 잡고 있었잖아. 그러니까 내가 쓴 힘이 네 쪽에서는 반지름의 비 만큼 커지지. 그래서 내가 너를 이길 수 있었던 거야.

그럼 내게 속임수를 쓴 거잖아!

아아니~ 과학적 원리를 쓴 거야.

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