돌리는 힘 (돌림힘)

Torque

문을 열 때 손잡이 쪽을 밀면 쉽게 열리는데, 경첩 가까이를 밀면 왜 꿈쩍도 하지 않을까요?

무슨 일이 일어났나

물체를 돌리는 효과는 힘의 크기만이 아니라, 힘을 건 곳이 회전축에서 얼마나 먼지에 달려 있습니다. 이 돌리는 효과를 돌림힘(토크 · 모멘트)이라고 합니다.

NASA 는 힘과 받침점까지 수직 거리의 곱을 돌림힘이라 부르고, 문 가장자리를 경첩 쪽으로 밀면 돌림힘이 0 이라 문이 움직이지 않는다고 설명합니다.

막대 양쪽에 추를 달면 막대는 돌림힘이 더 큰 쪽으로 돕니다(NASA). 시뮬레이터에서 왼쪽 1 kg × 0.4 m 와 오른쪽 2 kg × 0.2 m 는 둘 다 3.92 N·m 라 수평으로 멈추고, 오른쪽 추를 0.3 m 로 옮기면 5.88 N·m 가 되어 오른쪽이 12° 까지 내려갑니다.

한쪽으로 남는 돌림힘은 회전을 점점 빠르게 합니다 — NASA 는 이 회전 빠르기의 변화를 각가속도라고 부릅니다.

💡 생활 속 예시

  • 볼트를 풀 때 스패너 끝을 잡으면 가운데를 잡을 때보다 훨씬 작은 힘으로 돌아갑니다.
  • 자전거 페달은 크랭크가 땅과 나란할 때 밟아야 바퀴를 돌리는 효과가 가장 큽니다 — 그때 축까지 수직 거리가 가장 깁니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 같은 힘이면 문 어디를 밀어도 똑같이 열린다.

    NASA 는 문 가장자리를 경첩 쪽으로 밀면 돌림힘이 0 이라 문이 움직이지 않는다고 설명합니다. 돌리는 효과는 힘과 경첩까지 거리를 함께 봐야 합니다. 출처

누가 왜 찾았나

지레의 균형은 아주 오래된 힘 공부입니다. 스미스소니언 도서관은 네덜란드의 시몬 스테빈(Simon Stevin)이 1586 년 레이던에서 펴낸 『De beghinselen der weeghconst』가 정역학(힘의 균형을 다루는 학문)을 크게 북돋웠다고 소개합니다. 스테빈은 그때까지 지레가 중심이던 정역학에, 힘 자체를 다루는 방법을 적어 넣었습니다.

확인된 값

돌림힘 = 힘 × 회전축까지의 수직 거리 (NASA)
T = F × L N·m 출처
돌림힘은 각속도를 바꾼다 (각가속도)
τ → α 출처
균형이면 양쪽 돌림힘이 같고 알짜 돌림힘이 없다 (NASA)
τ₁ = τ₂ N·m 출처
균형이 아니면 막대는 돌림힘이 더 큰 쪽으로 돈다 (NASA)
더 큰 돌림힘 쪽으로 출처
문 가장자리를 경첩 쪽으로 밀면 돌림힘이 0 이라 문이 움직이지 않는다 (NASA)
torque = 0 출처
스테빈(Simon Stevin)의 『De beghinselen der weeghconst』(레이던 1586) — 지레 중심이던 정역학을 힘을 다루는 쪽으로 넓혔다
1586 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 힘과 에너지 [12물리01-01]
  • 한국 2022 · 과학(초등) · 힘과 우리 생활 [4과01-02]
  • 잉글랜드 · KS3 Physics: Forces

출처

이어서 보기

같은 단원 · 원운동과 회전

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