스크랩 힘의 조련사 톱니바퀴

[Show me the Messi]

영화를 보다보면 그럴싸한 기계들을 톱니바퀴(기어)들이 많이 돌아가고 있는데 대체 무엇을 하는 애일까?

기어는 기본적으로 이렇게 톱니가 맞물려서 돌아가는 구조이고 가장 기본적인 역할은

힘을 전달하는 기능이다.

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.

앞에 있는 기어를 체인링이라고

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.

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.

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

가장 기본적인 평기어

평기어에서 톱니 모양을 바꾼 헬리컬 기어인데 소음이 적다고 한다.

웜과 웜기어라고 하는데 두 축이 교차하지 않거나 평행하지 않을때 사용한다.

베벨 기어는 힘의 방향을 수직으로 바꾸어 버린다.

래크와 피니언은 직선 운동을 회전운동으로 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 준다.

우리가 타고 다니는 자동차의 수동 기어의 원리는 위와 같이 톱니바퀴를 많이 달아 놓고 그때 그때 물리는 톱니바퀴를

바꾸어 주는 것이다.

이제 복잡한 형태의 디퍼런셜 기어라고 자동차가 커브를 할때 두 바퀴의 회전속도가 달라야 할때

이런 기어를 쓴다고 한다.

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..

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?