실생활에서의 마찰력

실생활에서의 마찰력

■ 마찰력이란?

여러분, 무거운 책상을 살짝 밀어 보세요. 이번에는 비슷한 힘으로 책상 위의 지우개를 밀어 보세요. 두 물체가 잘 움직일까요?

▲ 마찰력이란 무엇일까요?(출처: 에듀넷)

똑같은 힘을 주었는데, 무거운 책상은 잘 움직이지 않고, 지우개는 잘 움직였죠? 이와 같은 현상은 모두 마찰력 때문인데요, 마찰력이란 접촉하고 있는 두 물체가 서로 미끄러지려 할 때 미끄럼을 방해하는 힘을 말합니다.

종이 위에 연필로 쓴 글씨를 지울 때에도 마찰력이 작용하고, 얼음 위를 걷다 넘어질 때에도 아주 작은 마찰력이 작용합니다. 이렇듯 마찰력은 우리가 살아가는 데 많은 영향을 끼칩니다.

그런데 만약 마찰력이 전혀 없는 공간에서 살아간다고 생각해 봅시다. 걸을 수도 없고, 컵을 집을 수도 없을 뿐더러 가방을 어깨에 멜 수도 없으며 문 손잡이도 돌릴 수 없습니다. 재미있는 운동 경기도 할 수 없을 것입니다. 또, 자동차가 움직이지도 못하고 기차가 출발하지도 못합니다.

마찰력의 정의를 ‘접촉하고 있는 물체에 운동을 방해하는 힘’이라고 하기도 하는데 ‘우리 주변의 현상에서는 ‘방해한다’는 의미보다는 ‘적절한 방해’라는 의미가 맞을 것 같습니다. 마찰력이 없으면 우리의 일상 생활이 불가능해지기 때문이죠.

여기서 잠깐!

마찰력은 신기한 현상이라고 할 수 있습니다. 예를 들어 물체를 약하게 밀면 작용하는 마찰력의 크기는 작지만 세게 밀면 마찰력이 커집니다. 미는 힘이 없으면 마찰력도 없어집니다. 물체가 미끄러지지 않는 동안 물체에 작용하는 마찰력의 크기는 외부에서 작용하는 힘과 크기가 같고 방향이 반대입니다.

그림과 같이 물체가 정지하고 있을 때 10N의 힘으로 밀면 마찰력은 10N이고, 20N의 힘으로 밀면 마찰력은 20N이 됩니다.

▲ 물체가 정지하고 있을 때의 마찰력(출처: 에듀넷)

마찰력에 영향을 주는 요인은 접촉면의 거칠기와 수직항력에만 영향을 받습니다. 마찰력은 접촉하고 있는 두 물체의 접촉면의 성질에 따라 크기가 달라집니다. 따라서 마찰력은 물체의 재질과 성질에 따라 매우 다르게 나타납니다.

우리 주변의 모든 현상은 마찰력과 관련이 있습니다. 그 중 마찰력이 커서 좋은 경우와 작아서 편리한 경우를 찾아봅시다.

■ 마찰력이 커서 좋은 경우 

자동차 타이어를 고무로 만든 이유는 무엇일까요? 바로 큰 마찰력을 이용하기 위해서입니다. 과거 교통 수단인 마차의 바퀴처럼 나무로 되거나 쇠로 되어 있다면 멈추기가 힘들 것입니다. 또한, 자동차 타이어에 특정한 무늬를 넣는 이유도 브레이크를 잡았을 때 잘 멈추기 위함이라고 합니다. 

산악용 신발은 바닥과 접촉할 때 마찰력을 높여서 쉽게 미끄러지지 않게 해야 합니다. 사포는 마찰력이 커야 물체를 잘 다듬을 수 있습니다. 면장갑에 고무 코팅을 하는 이유는 물건을 잡을 때 놓치지 않고 잘 잡을 수 있게 하기 위함입니다. 또한, 자전거의 브레이크는 바퀴를 빨리 멈추게 하기 위해 마찰력이 큰 고무로 바퀴를 눌러 멈추게 합니다. 이러한 경우에는 모두 마찰력이 클수록 더 좋은 것이지요.

▲ 큰 마찰력을 이용한 것들(출처: 에듀넷)

■ 마찰력이 작아서 편리한 경우 

이와 반대로 우리 주변의 현상에서 마찰력이 작아서 편리한 경우도 많이 있습니다. 축구를 할 때 공을 멀리 가게 하기 위해서는 마찰이 작아야 합니다. 의자에 바퀴를 달면 원형이 되고 마찰력이 줄어들기 때문에 옮기기 쉽게 됩니다. 서랍장의 문을 열기 쉽게 하기 위해 양쪽에 작은 쇠구슬이 들어 있는 슬라이드가 있습니다. 또, 가위로 무엇인가를 자를 때 마찰이 작아야 잘 자를 수 있습니다.

놀이터에서 그네를 탈 때에는 그네가 잘 움직일 수 있도록 회전축에 오일 성분을 발라 주어 마찰을 줄입니다. 미끄럼틀을 아주 매끄럽게 만드는 이유도 마찰을 줄여 잘 미끄러지게 하기 위한 것이죠. 워터파크에 있는 워터슬라이드는 미끄럼틀에 계속 물을 흘려 보내 마찰을 줄여 주어 잘 미끄러지게 만든 재미있는 놀이 기구입니다.

물의 저항(마찰력)이 크기 때문에 호버크래프트를 만들어 빠르게 물 위를 떠다니게 만들었습니다. 회전하는 모든 축에 마찰을 줄이기 위해 베어링이 들어 있습니다. 베어링은 작은 쇠구슬과 쇠구슬 사이에 오일이 있어 매우 부드럽게 움직여 물체가 잘 굴러가게 만들어 주기도 합니다.

▲ 작은 마찰력을 이용한 것들(출처: 에듀넷)

이렇듯 우리 생활 속에서 일어나는 여러 가지 현상들은 마찰력은 크게 하여 좋은 경우가 있으며, 반면에 작게 하여 편리한 경우도 있습니다. 현재에도 마찰력에 대한 연구는 끊임없이 이루어지고 있습니다. 여러분 주변에서 마찰력으로 편리하게 사용하고 있는 것은 무엇인지 살펴봅시다.

[자료출처: 에듀넷]