자전거 변속 기어
Bicycle gears
자전거 변속 기어는 언덕이 끄는 힘을 줄여 주는 걸까요, 내 다리가 밟는 힘을 줄여 주는 걸까요?
무슨 일이 일어났나
언덕은 자전거와 사람을 비탈 아래로 끕니다. 시뮬레이터에서 마찰 없는 6° 비탈의 가속도는 1.03 m/s², 3° 면 0.513 m/s² 입니다.
사람과 자전거를 합해 70 kg 이면 6° 비탈이 뒤로 끄는 힘은 70 × 1.03 ≈ 72 N 입니다. 변속 기어는 이 힘을 바꾸지 못하고, 다리가 페달에 주는 힘과 페달을 돌리는 바퀴 수를 맞바꿔 줍니다.
기어비는 맞물린 톱니들의 톱니 수 비로 정해지며(NASA), 뒤 톱니를 큰 것으로 바꾸면 페달 한 바퀴에 뒷바퀴가 덜 돌아 한 번 밟는 힘이 줄어듭니다.
스터미와 아처가 1901~1904 년 특허를 받은 3 단 허브 기어는, 체인 톱니와 같은 빠르기의 보통 단에 빠른 단과 느린 단을 더했습니다(영국 과학박물관).
💡 생활 속 예시
- 디레일러 기어는 페달을 돌리는 중에 바꿔야 체인이 옆 톱니로 넘어가고, 멈춘 채 레버만 움직이면 바뀌지 않습니다.
- 평지에서 무거운 기어로 바꾸면 한 번 밟을 때 멀리 나가 빠르게 달릴 수 있지만, 출발할 때는 페달이 묵직합니다.
어떤 부품이 무엇을 하나
- 앞 톱니(체인링) — 페달과 함께 돌며 체인을 끌어당깁니다.
- 뒤 톱니 묶음 — 크기가 다른 톱니 여러 장이 뒷바퀴 축에 겹쳐 있습니다.
- 체인 — 앞 톱니의 회전을 뒤 톱니로 전합니다.
- 뒷 변속기(디레일러) — 체인을 옆 톱니로 밀어 옮겨 기어비를 바꿉니다.
- 변속 레버 · 줄 — 손으로 당긴 만큼 변속기를 움직입니다.
- 허브 기어 — 뒷바퀴 축 안의 톱니바퀴들로 단을 바꿉니다(체인을 옮기지 않음).
- 변속 레버를 움직이면 줄이 당겨지거나 풀립니다.
- 뒷 변속기가 옆으로 움직여, 돌고 있는 체인을 더 크거나 작은 뒤 톱니로 옮깁니다.
- 페달 한 바퀴에 뒷바퀴가 도는 바퀴 수가 달라집니다.
- 오르막에서는 큰 뒤 톱니(가벼운 기어), 평지에서는 작은 뒤 톱니(무거운 기어)를 씁니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 과학(초등) · 힘과 우리 생활 [4과01-04]
- 호주 v9 · AC9S7U04
- 일본 · 小学校 第6学年 (3) てこの規則性
출처
이어서 보기
같은 단원 · 생활 속 기계
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