지레와 도르래

[레고매니아]

 

- 지레의 3요소 -

*힘점 : 지렛대에 힘을 주는 곳, 지레에 힘을 가하는 곳

*받침점 : 지렛대와 받침이 닿는 곳, 회전의 중심이 됨

*작용점 : 물체의 중심과 지렛대가 닿는 곳, 지레가 다른 물체에 힘을 미치는 곳

- 도르래 -

(1) 종류 : 고정도르래, 움직도르래, 복합도르래 등

(2) 고정도르래를 사용할 때의 일

   ① 줄을 당기는 힘 = 물체를 직접 들어 올리는 힘(무게)

   ② 당기는 줄의 길이 = 물체가 이동한 거리

   ③ 고정도르래를 사용할 때 일의 관계

     ㉠ 사람이 줄을 당기면서 한 일

     ㉡ 도르래가 물체에 한 일

   ④ 고정도르래의 장점

     : 힘의 방향을 바꿀 수 있다.

(3) 움직도르래를 사용할 때의 일

  ① 줄을 당기는 힘 = 물체의 무게의 1/2배(힘의 평형)

  ② 당기는 줄의 길이 = 물체가 올라간 높이의 2배 

  ③ 움직도르래를 사용할 때의 일의 관계

(4) 움직도르래의 무게가 클 때

  ① 당기는 힘의 크기

  ② 당기는 줄의 길이

  ③ 일의 양

(5) 복합도르래

  : 움직도르래가 많을수록 같은 힘으로 더 무거운 물체를 들어올릴 수 있다.

  ① 움직도르래를 2개, 3개 ... 로 조합하면 끌어올리는 힘의 크기는 1/4, 1/8 ... 로 감소

  ② 당기는 줄의 길이는 물체를 들어올리는 높이와 2n의 곱

1. 도르래와 지레

우리의 선조들은 무거운 물건을 어떤 식으로 옮겼을까요?

도르래와 지레에서는 우리 선조들의 지혜를 엿볼 수 있습니다.

도르래와 지레가 있다고 생각해 봅시다.

먼저 지레를 보면 각각 25 Kg의 무게를 지닌 세 개의 물체가 받침점이 다르게 있습니다.

이 세 개의 물체를 각각 들었다 놓았다를 해봅시다.

그러면 들어올리는데 힘이 다르다는 것을 알 수가 있습니다.

받침점에서 들어올리려는 물체까지의 거리가 가까우면 가까울수록 들어올리는 힘이

적게 든다는 것을 알 수 있습니다.

즉, 지렛대를 이용하려면 받침점에서 들어올리려는 물체까지의 거리를 가깝게 하여야 무거운 물체를 가볍게 들어올릴 수 있다는 것을 알 수 있습니다.

다음은 빗면을 이용한 것인데 같은 무게의 물체라도 빗면의 기울기에 따라서 들어올리는 힘이 다르다는 것을 알 수가 있습니다.

즉, 빗면의 기울기가 완만할수록 들어올리는 힘이 적게 듭니다.

다음은 도르래를 이용한 것입니다.

도르래에는 움직도르래와 고정도르래가 있습니다.

고정도르래로 들어보고 또 움직도르래로 들어봅시다.

또 움직도르래가 두 개 있는 것으로도 들어봅시다.

움직도르래가 더 많은 것이 더 가볍게 들어진다는 것을 알 수가 있습니다.

즉, 도르래를 이용해 물체를 가볍게 들어올리고자 할 때는 움직도르래를 이용해야겠습니다. 실지 고정도르래에 움직도르래를 하나 넣었을 때 물체를 들어올리는 힘은 ½로 줄어들고

움직도르래를 2개를 더했을 경우 ¼로 줄어든다는 것을 알 수가 있습니다.

교과영역

초등학교 : 자연 (5-1-1.힘과 연모)

중 학 교 : 과학3 (Ⅰ-1.일)

고등학교 : 물리Ⅰ (Ⅰ-2.에너지)