도르래에 대해서 알아보기

도르래에 대해서 알아보기

도르래란 홈이 파인 원판에 줄을 걸어 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 크기를 확대하는 장치입니다. 다음에서 설명하는 네 가지의 도르래를 통해 힘의 변환에 대해 알아보겠습니다. 고정도르래는 바퀴에 걸린 물건을 끌어올리는 데 쓰입니다. 고정도르래는 힘의 방향을 바꾸어 물체를 쉽게 들어 올릴 수 있지만, 물건의 무게와 같은 크기의 힘이 필요하기 때문에 힘의 효율성에서는 변함이 없습니다. 운동의 방향을 바꿔 힘의 작용방향을 전환 해야 하는 기계에는 고정도르래가 쓰입니다. 생활 속의 좋은 예로 우물에 걸려 있는 두레박을 들 수 있습니다. 두레박에 물을 퍼 올리기 위해서는 반대방향의 줄에 물과 두레박의 무게만큼 동일한 힘을 가해야 합니다. 움직도르래는 고정도르래와 달리 절반의 힘만 있으면 물체를 움직일 수 있습니다. 단, 힘에서는 2배의 이득을 얻는 대신 이동 거리는 2배 늘어나게 됩니다. 결과적으로 효율성을 따졌을 때 일의 양은 힘에서 두 배 이득이 있지만 이동 거리에서 절반의 효율로 손해를 보기 때문에 일의 총량은 변화가 없게 됩니다. 움직도르래는 오랜 옛날부터 지금까지 다양하게 응용되고 있습니다. 기중기와 거중기 등 이 움직도르래의 원리를 활용한 예라고 할 수 있습니다. 복합도르래는 고정도르래와 움직도르래를 적절하게 조합한 것이 복합도르래인데, 이는 힘이 작용 하는 방향을 바꾸는 동시에 힘의 효과를 확대하는 두 도르래의 특징이 결합된 것입니다. 힘의 효율성 측면에서 보면 움직도르래의 수가 많을수록 작은 힘으로 물체를 움직일 수 있습니다. 복합도르래에서는 다음과 같은 공식이 성립합니다. F : 물체를 드는 힘 1 n: 움직도르래의 수 F= W W는 물체의 무게 2n 단, 줄에 걸리는 마찰력과 도르래의 무게는 무시합니다. 즉, 1000kg의 무게를 가진 추를 움직이려면 2개의 움직도르래가 있는 복합 도르래에 250kg의 힘만 작용하면 되는 것입니다. 차동도르래는 지름이 다른 고정도르래 A와 B 두 개를 같은 축 위에 걸고 줄을 도르래 A에 감고, 움직도르래 C를 통과해 다시 그것을 작은 고정도르래 B에 건 것을 차동도르래라고 합니다. 힘이 F 방향으로 작용하면 고정도르래 B는 추 W를 달고 움직도르래 C를 들어 올리게 되면, 도르래 A는 반대로 줄을 풀어주기 때문에 양쪽 줄의 길이 차이만큼 추가 감겨져 올라가 힘의 효율은 커집니다. 이때, 아래와 같은 공식이 성립합니다. 힘의 효율 2배이고, 고정도르래 A의 지름 = 고정도르래 A의 지름- 고정도르래 B의 지름 즉, 고정도르래 A, B의 지름차가 작으면 작을수록 힘의 효율은 커집니다.