학문
자전거 축바퀴는 어떤 원리로 회전하는 걸까요?
자전거 축바퀴는 어떤 원리로 회전하는 걸까요? 축바퀴가 회전하는 물리적인 원리와 그로 인해 발생하는 운동의 특성에 대해서 간략하게 설명해주세요.
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안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
자전거의 축바퀴는 '회전하는 지레’라는 원리로 작동합니다.
이 원리는 큰 바퀴와 작은 바퀴가 하나의 축에 고정되어 함께 회전하면서 힘을 한 바퀴에서 다른 바퀴로 전달하는 것입니다.
축바퀴의 구조를 살펴보면, 힘을 주는 힘점은 큰 바퀴에 위치하고 있어 축의 중심인 받침점에서는 멀리 떨어져 있습니다. 반면에 힘이 작용하는 부분인 작용점은 작은 바퀴에 위치하므로 축의 중심인 받침점에서 가깝습니다.
따라서, 큰 바퀴에 연결된 줄을 당기면, 중심에 있는 작은 바퀴가 돌아가면서 물체가 움직이게 됩니다. 이 때, 받침점에서 힘점까지의 거리가 받침점과 작용점 사이의 거리보다 길기 때문에, 축바퀴에서는 물체의 무게보다 적은 힘으로 물체를 들어올릴 수 있습니다.
자전거의 경우, 페달을 밟아 그리는 원은 큰 바퀴에 해당하며, 페달에 연결된 톱니바퀴는 페달이 그리는 원보다 반지름이 작습니다. 그래서 적은 힘으로 자전거 바퀴를 움직일 수 있게 되는 것입니다.