도르래
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도르래는 홈패인 바퀴에 밧줄이나 사슬을 걸고 물건을 들어올리거나 잡아당기는 기구이다. 도르래는 힘의 작용 방향을 바꾸거나 보다 적은 힘으로 물체를 이동시키기 위해 사용된다.
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[편집] 종류
도르래는 크게 고정 도르래와 움직 도르래로 나뉜다.
[편집] 고정 도르래
고정 도르래는 도르래의 축이 고정되어 있는 도르래 이다. 왼쪽 그림에서와 같이 줄의 한 쪽에 움직이고자 하는 물체를 연결하고 다른 쪽을 잡아당기면 물체가 움직인다. 고정 도르래는 힘의 작용점을 바꾸는 역할만을 한다. 고정 도르래는 우물에 걸린 두레박과 같이 보다 안정적인 자세로 작업을 할 수 있게 도와주지만 물체를 그냥 들어 올리는 것과 똑 같은 힘이 든다
[편집] 움직 도르래
움직 도르레는 왼쪽의 그림과 같이 이동시키려는 물체와 축이 연결된다. 줄의 한 쪽은 단단히 고정되어 있고 다른 한 쪽에 힘을 주어 물체를 움직이게 된다. 움직 도르레는 힘의 작용점을 바꾸는 것과 동시에 절반의 힘으로 물체를 이동할 수 있게 해 준다.
[편집] 복합 도르래
실제 사용되는 대부분의 도르래는 고정 도르래와 여러개의 움직 도르래를 함께 사용한 복합 도르래이다. 왼쪽의 간단한 복합 도르래의 그림과 같은 움직 도르래는 1/4의 힘으로 물체를 움직일 수 있는 잇점을 주고 고정 도르래는 안정적인 자세로 작업을 할 수 있도록 해 준다. 정약용이 고안한 거중기는 복합 도르래의 일종이다.
[편집] 도르래의 작용과 일
움직 도르래는 절반의 힘으로 물체를 이동할 수 있게 해 주지만 고정 도르래로 움직일 수 있는 만큼 물체를 이동하기 위해서는 그에 비해 두배의 길이 만큼 줄을 잡아 당겨야 한다. 결국 힘은 절반이 들지만 움직이는 거리는 두배가 되어 전체적으로 하게 되는 일의 양은 같아 진다.
그림 1 - 도르래에서의 힘의 균형: 도르레 축에 걸린 힘 F와 줄의 양쪽 끝에 걸린 힘의 합이 같을 때 도르래는 평형상태(일정한 위치에서 움직이지 않는다)가 된다. 이러한 평형상태에서는 줄에 걸린 장력이 동등하게 되므로 줄의 양쪽 끝에 걸린 힘은 같게 되고 따라서 한쪽 줄의 끝에 걸리는 힘은 F/2이 된다. |
보다 복잡한 복합 도르래를 사용하면 더 적은 힘으로 물체를 움직일 수 있다.