영화를 보다보면 그럴싸한 기계들을 톱니바퀴(기어)들이 많이 돌아가고 있는데 대체 무엇을 하는 애일까?
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기어는 기본적으로 이렇게 톱니가 맞물려서 돌아가는 구조이고 가장 기본적인 역할은
힘을 전달하는 기능이다.
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우리 주위에서 기어를 응용한 기계 중 가장 쉽게 볼수 있는 자전거를 보면 앞뒤로 기어가 있는데
양 기어가 멀기 때문에 체인을 이용해서 힘의 전달 길이를 늘이고 있다.
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앞에 있는 기어를 체인링이라고
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뒤쪽 기어를 스프라켓이라고 한다. 그리고 앞 기어수 * 뒤 기어수 = 자전거 단수가 된다.
기어에서는 기어에 달려있는 톱니수가 중요하고 이것을 어떻게 연결했는냐에 따라서 힘이 전달 방법이 달라지게 된다.
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예를 들어 두개의 기어가 작은개 톱니 10개. 큰개 20개라면 비는 1:2가 되고
페달이 붙어 있는 체인링에 작은 기어 , 스프라켓에 큰 기어를 꽂으면 내가 밟는 입장에서 작은 기어니까 쉽게 돌릴수 있지만
기어비가 1:2니 내가 작은 기어를 두번 돌려야 뒤의 기어가 한바퀴 돌고 바퀴가 한바퀴 돈다.
반대로 하면 내가 한바퀴만 돌려도 바퀴가 두바퀴가 돈다. 그러나 큰 기어를 돌려야 하니 힘이 더 많이 들어간다.
즉 오르막길에서는 낮은 기어를 쓰고 평지나 내리막길에서는 높은 기어를 쓰는게 이득이다.
힘 딸려서 못 오를껄 작은 힘을 여러번 나눠서 큰힘을 만들어내는 요술을 만들어 낸것이다.
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그래서 낮은 기어를 쓰면 작은힘으로 갈 수 있는 대신 거리에서 손해를 보고 높은 기어를 쓰면 거리를 멀리 갈 수 있는대신
한번에 쓰는 힘이 많이 들어간다.
이건 기어 활용에 시작에 불과하고 다양한 기어가 많으니 감상한번 해보자
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가장 기본적인 평기어
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평기어에서 톱니 모양을 바꾼 헬리컬 기어인데 소음이 적다고 한다.
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웜과 웜기어라고 하는데 두 축이 교차하지 않거나 평행하지 않을때 사용한다.
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베벨 기어는 힘의 방향을 수직으로 바꾸어 버린다.
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래크와 피니언은 직선 운동을 회전운동으로 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 준다.
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우리가 타고 다니는 자동차의 수동 기어의 원리는 위와 같이 톱니바퀴를 많이 달아 놓고 그때 그때 물리는 톱니바퀴를
바꾸어 주는 것이다.
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이제 복잡한 형태의 디퍼런셜 기어라고 자동차가 커브를 할때 두 바퀴의 회전속도가 달라야 할때
이런 기어를 쓴다고 한다.
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그리고 현대의 자동미션은 위의 유성기어(planet gear)라는 것을 쓰게 된다.
위의 중심에 있는 큰 기어를 sun gear 주위의 작은 기어를 planet gear 가장 자리의 큰기어를 ring gear라고 하고
이 3종류의 기어를 어떤놈은 입력으로 어떤놈을 출력으로 그리고 어떤 놈을 멈출것인지에 따라서
다양한 기어비를 만들어 낸다. 기본 원리는 같은데 괜히 복잡하게 만들어 논것..
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아날로그 시계 같은 경우 기어비와 주기성을 교묘히 이용한 것이다.
힘을 만들어내는 엔진이나 동력 같은 힘의 원천도 중요하지만
이 힘을 인간이 유용하게 사용할 수 있게끔 마음대로 바꾸어주는
톱니바퀴야 말로 힘의 조련사로 불러도 되지 않을까?