SCIENCE 3D | 지레 · 도르래 · 빗면 (일의 원리)

무슨 일이 일어났나

지레 · 도르래 · 빗면 같은 단순 기계는 작은 힘으로 무거운 것을 움직이게 해 주지만, 그 대신 힘을 주며 움직이는 거리가 길어집니다(잉글랜드 KS3 과학 과정).

힘 × 움직인 거리, 곧 일은 단순 기계를 써도 바뀌지 않습니다 — 이것을 일의 원리라고 합니다.

시뮬레이터의 30° 빗면에서 상자는 4.90 m/s² 로 빨라집니다. 그러니 10 kg 상자를 빗면 따라 밀어 올리는 데는 49.0 N 이면 되지만, 1 m 높이에 오르려면 2 m 를 밀어야 해서 일은 98.1 J 로 곧바로 들어 올릴 때와 같습니다.

지레는 «힘 × 받침점까지의 수직 거리» 인 돌림힘이 양쪽에서 같을 때 균형을 이루므로(NASA), 받침점에서 먼 곳을 누르면 작은 힘으로 가까운 쪽의 무거운 것을 들 수 있습니다.

수원화성박물관에 따르면 정약용의 거중기는 도르래의 원리로 작은 힘으로 무거운 물건을 들어 올리게 고안한 장치로, 지금 단위로 7 톤을 들 수 있었습니다.

📸 진짜 모습

나무 막대에 돌 추와 고리 · 갈고리를 매단 손저울로, 광복 이후 한국에서 쓰던 계량 도구입니다.
출처: 국립중앙박물관 · 공공누리 제1유형(출처표시) · 기관 누리집 원본 ↗

💡 생활 속 예시

계단 옆의 긴 휠체어 경사로는 같은 높이를 더 긴 거리로 올라가게 해서, 미는 힘을 줄여 줍니다 — 빗면입니다.
병따개로 병뚜껑을 딸 때 손잡이 끝을 누르면, 뚜껑 가장자리에는 손힘보다 큰 힘이 걸립니다 — 받침점이 뚜껑 가까이 있는 지레입니다.
학교 국기 게양대의 줄을 아래로 당기면 깃발이 위로 올라갑니다 — 고정 도르래는 힘의 크기는 그대로 두고 방향만 바꿔 줍니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

도르래나 지레를 쓰면 해야 하는 일 자체가 줄어든다.
잉글랜드 KS3 과학 과정은 단순 기계가 힘을 크게 해 주는 대신 움직임을 작게 만들고(또는 그 반대), 힘 × 움직인 거리는 그대로라고 적습니다. 줄어드는 것은 힘이지 일이 아닙니다. 출처

누가 왜 찾았나

네덜란드의 스테빈(Simon Stevin)은 1586 년 레이던에서 『De beghinselen der weeghconst』를 내어, 지레만 다루던 정역학(힘의 균형을 다루는 학문)을 더 넓은 기계로 넓혔습니다(스미스소니언 도서관). 조선에서는 정약용이 도르래의 원리로 거중기를 고안했고, 거중기는 수원화성을 쌓을 때 주로 채석장에서 무거운 돌을 실어 올렸습니다(수원화성박물관).

확인된 값

단순 기계는 힘을 크게 하는 대신 움직이는 거리가 줄어든다 (잉글랜드 KS3 과정): bigger force, smaller movement 출처
그래도 힘 × 움직인 거리는 그대로 (일의 원리): F × d unchanged 출처
스테빈(Simon Stevin)의 『De beghinselen der weeghconst』(레이던 1586) — 지레만 다루던 정역학을 넓혔다: 1586 출처
정약용의 거중기 — 도르래로 작은 힘으로 무거운 것을 든다: 도르래 출처
거중기로 들어 올릴 수 있던 무게 (지금 단위로 7 톤): 7000 kg 출처
돌림힘 = 힘 × 받침점까지의 수직 거리 (지레의 바탕): T = F × L 출처
거중기는 수원화성을 쌓을 때 쓴 과학 기기: 수원화성 축성 출처
거중기가 주로 한 일 — 채석장에서 무거운 돌을 실어 올리기: 채석장 출처
평형(균형)일 때 양쪽 돌림힘은 같다 (지레의 균형): τ₁ = τ₂ 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학(초등) · 힘과 우리 생활 [4과01-04]
호주 v9 · AC9S7U04
일본 · 中学校第1分野 (5) 運動とエネルギー

출처

https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a7d563de5274a2af0ae2ffa/SECONDARY_national_curriculum_-_Science_220714.pdf(확인 2026-11-12)
https://www.sil.si.edu/ondisplay/heraldsofscience/Heralds_books.cfm?category=physics(확인 2026-11-12)
https://smuseum.suwon.go.kr/hs/contents/view?contentsNo=143&menuLevel=2&menuNo=97(확인 2026-11-12)
https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/torque.html(확인 2026-11-12)

지레 · 도르래 · 빗면 (일의 원리)