도르래의 과학적 원리가 뭔지 궁금해요.
옛날 물을 뜨기 위해 우물에서 줄을 잡아당겨서 물을 뜨곤 했는데요. 이처럼 도르래에는 위치가 고정되어 있는 고정 도르래와 물체와 함께 움직이는 움직 도르래가 있다고 알고 있는데요. 도르래의 과학적 원리가 잘 기억이 안나서요.
안녕하세요. 홍기윤 과학전문가입니다.
고정형 도르래는 회전축을 고정시킨 도르래이며 힘의 방향을 바꿀 수 있는 도르래입니다. 도르래의 회전축은 고정되어 있고 걸친 줄의 한쪽을 당겨서 다른 쪽의 물체를 끌어당기거나 들어 올리는 역할을 합니다. 힘의 방향을 바꿀 수 있지만, 하중과 같은 크기의 힘이 필요합니다. 100N의 물체를 들어 올리려면 힘 100N이 필요합니다. 이런 구조를 채택한 대표적인 물건으로는 대형 깃대와 엘리베이터가 있으며 힘의 이득을 얻을 수 없어 주로 가벼운 물체를 들어 올릴 때만 사용하고, 무거운 물체를 들어 올릴 때는 움직도르래와 함께 사용합니다. 그래도 힘을 중력 방향으로 당길 수 있다는 점 덕에 같은 크기의 힘이어도 일 자체는 좀 수월합니다.
움직형 도르래는 회전축이 고정되지 않고 이동하는 도르래입니다. 도르래에 걸친 줄의 한쪽을 고정하고 도르래에 움직이려는 물체를 걸어 도르래와 함께 당깁니다. 힘의 방향을 바꾸지는 못하지만 절반의 힘으로 하중을 지탱할 수 있으며 기중기, 엘리베이터 등에 많이 쓰이는데, 주로 고정도르래와 같이 쓰입니다. 힘의 이득을 얻을 수는 있지만, 물체가 이동하는 거리는 끌어당긴 줄의 길이의 절반밖에 되지 않습니다. 대신 무게 100N의 물체를 들어 올릴 때, 하나의 움직도르래를 사용하면 50N의 힘만 있어도 됩니다. 넓게 보면 오프로더의 윈치도 움직도르래에 해당됩니다.
출처:한국과학기술연구회
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
도르래(영어: pulley) 또는 활차(滑車)는 홈이 파인 바퀴에 밧줄이나 사슬을 걸어 물건을 움직이는 장치이다. 도르래는 힘의 작용 방향을 바꾸거나 보다 적은 힘으로 물체를 이동시키기 위해 사용되고, 활차라고도 한다.
두레박·기중기 등에 쓰이며 고정 도르래와 움직 도르래가 있다. 고정 도르래는 고정된 축에 홈이 파인 바퀴가 달려 있는 것으로, 바퀴에 걸린 줄에 짐을 묶고 줄의 다른쪽 끝을 잡아당기면 쉽게 들어올릴 수 있다. 힘을 줄여 주는 것과 같은 기계적 이득은 없지만 방향을 바꿀 수는 있다. 움푹 파인 곳에 짐이 있거나 바닥이 미끄러울 때 유용하다. 반면 움직 도르래는 지지대를 통해 힘을 절반으로 줄일 수 있다.
원리는 아래와 같다.
1. 회전하는 바퀴 위의 한 지점의 운동방향은 바퀴의 접선 방향이므로, 도르래 바퀴 위에 로프를 걸치면 힘의 방향을 바꿀 수 있다.
2. 한 물체가 여러개의 로프로 지탱되고 있으면 로프 하나가 지탱하는 무게는 물체 전체 무게를 로프 갯수로 나눈 것과 같다.
3. 이것이 가능한 이유는 물체의 일(W;work)의 총량은 힘(F;Force) 곱하기 변위(S;Displacement)와 같기 때문이다.
즉 같은 일을 적은 힘으로 할 수 있도록 하기 위해 줄과 바퀴를 통해 일을 하는 시간을 늘리는 것이다.
안녕하세요. 장대은 과학전문가입니다.
도르래의 원리는 기원전 200년 경 그리스의 아르키메데스가 개발했습니다
깊은 우물에서 물을 길어올리는 것과 같은 이치로 적은 힘으로 무거운 물체를 수직으로 운반하는 것입니다
움직 도르래는 절반의 힘으로 물체를 이동할 수 있게 해 주지만 고정 도르래로 움직일 수 있는 만큼 물체를 이동하려면 그보다 두 배의 길이만큼 줄을 잡아당겨야 한다.
결국 힘은 절반이 들지만 움직이는 거리는 두 배가 되어 전체적으로 하게 되는 일의 양은 같아진다. 물론 물리학적인 일의 양이 같다는 것은 도르래의 무게와 마찰력을 무시함을 전제로 한 것이며 실제로는 일의 양에서 차이가 생긴다.
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안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
도르래의 원리는 기원전 200년 경 그리스의 아르키메데스가 개발했습니다. 깊은 우물에서 물을 길어올리는 것과 같은 이치로 적은 힘으로 무거운 물체를 수직으로 운반하는 것입니다. 도르래 종류도 고정도르래, 움직도르래, 복합도르래 등으로 형태와 용도에 따라 다양합니다.
움직도르래는 물건 무게의 절반의 힘만 필요합니다. 두 종류의 장점 만을 모은 것이 복합도르래입니다. 고정도르래의 특징인 힘의 방향 전환과 함께 힘의 효과를 극대화한 것입니다.
