지레는 막대를 이용하여 힘을 전달하는 도구이며, 지렛대라고 불리기도 한다.
막대를 "지레"라 부르기도 하며, 막대를 받치고 있는 지점을 "받침점", 힘을 가하는 지점을 "힘점", 지레가 움직여 물체에 힘이 작용하는 지점을 "작용점"이라 한다.
비유적으로는 어떤 목적을 실현할 수 있도록 하는 수단이나 힘을 이르는 말로도 사용된다.
개요
막대의 한 점을 받치고 그 받침점을 중심으로 물체를 움직이는 장치. 적은 힘을 들여 더 큰 힘을 내게 할 때 사용한다.
고정되어 있는 받침점, 실제 힘을 작용하는 힘점, 물체에 힘이 작용되는 작용점으로 구성된다. 받침점을 기준으로 하여, 받침점과 힘점 사이의 거리와 받침점과 작용점 사이 거리의 관계에 따라 더 큰 힘을 내거나 물체를 멀리 움직일 수 있다.
생활 속에서 지레를 활용한 예로, 장도리, 대저울, 가위, 병따개, 핀셋 등이 있다. 대저울은 가벼운 추로 무거운 물체의 무게를 측정할 수 있고, 장도리나 병따개는 작은 힘으로 못을 빼거나 병마개를 열 수 있도록 해주어 힘에서 이득을 볼 수 있다. 반면, 핀셋은 힘점이 작용점보다 받침점에 더 가까이 있으므로 힘은 더 들지만, 작은 힘으로 해야 할 일이나 미세한 거리 조절이 필요한 일의 경우는 더 쉽게 할 수 있다. 하지만 일의 원리에 근거하여, 지레를 사용해서 한 일은 지레를 사용하지 않았을 때와 같다.
원리
지레의 원리는 아르키메데스가 발견했다. 지레의 막대를 받치거나 고정된 점을 받침점, 외부힘이 가해지는 점을 힘점, 지레가 물체에 힘을 작용하는 점을 작용점이라 할 때, 힘점과 작용점 각 점에 작용한 힘과 각 점과 받침점 사이의 거리의 곱은 서로 같다는 원리이다. 즉, 작용점과 받침점 사이의 거리를 a, 힘점과 받침점 사이의 거리를 b라고 하고, 물체의 무게를 W, 힘점에 가해준 힘을 F라고 하면, a×W = b×F가 성립한다.
받침점으로부터의 거리와 그 점에 수직으로 작용하는 힘의 크기를 곱한 것을 모멘트라고 하는데, 힘점에 걸린 모멘트와 작용점에 걸린 모멘트가 서로 같을 때 평형을 이룬다. 그러므로 작용점과 받침점 사이의 거리를 짧게 하면 힘점에 가한 힘보다 더 큰 힘을 작용점에 가할 수 있다. 반대로 작용점과 받침점 사이의 거리를 더 길게 하면 작은 힘이 필요한 일을 할 수 있다.
지레의 종류
지레의 종류는 3가지가 있다. 1종 지레, 2종 지레. 3종 지레가 그 종류이다. 받침점, 힘점, 작용점의 위치에 따라 지레를 분류한다. 1,2종 지레는 작은 힘으로 큰 힘을 내기 위한 것, 또는 큰 힘이 필요하지만 넓은 범위의 일을 해야할 때 사용된다. 대부분의 경우 이동거리에서 손해를 보고 힘에서 이득을 보는 구조를 사용한다. 3종 지레는 물체를 빨리 움직이거나 정교한 조작이 필요한 경우 사용된다. 대부분 이동거리에서 이득을 보고 힘에서 손해를 볼 수 있지만, 복합지레 구조를 만들면 큰 힘을 사용할 수도 있다.
제1종 지레
받침점이 가운데에 있고 힘점과 작용점이 서로 반대쪽에 있는 지레이다. 힘점에 가하는 힘의 방향과 작용점에 가해지는 힘의 방향은 서로 반대이다. 힘점이 받침점에서 멀수록 작용점에 가해지는 힘이 커진다.
예:
제2종 지레
힘점과 받침점 사이에 작용점이 있는 지레이다. 병따개가 대표적인 제2 종 지레로, 손잡이 부분을 위로 올리면 병뚜껑에는 큰 힘이 작용한다. 힘점이 작용점보다 받침점에서 더 멀기 때문에 힘점이 움직이는 거리는 작용점이 움직이는 거리보다 멀지만, 힘점에 가하는 힘보다 더 큰 힘이 작용점에 가해진다.
예:
제3종 지레
작용점과 받침점 사이에 힘점이 있는 지레이다. 힘점에 가하는 힘보다 작은 힘이 작용점에 가해지기 때문에 작은 힘으로 큰 힘을 내기 위해 보통 사용하는 제1 종, 제2 종 지레와는 다르다. 힘점이 움직이는 거리보다 작용점이 움직이는 거리가 더 크기 때문에 물체를 멀리 움직일 때 제3 종 지레를 사용하는 것이 보통이다.
예:
참고자료
- 〈지레〉, 《두산백과》
- 〈지레〉, 《위키백과》
같이 보기
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