도르래의 이용

도르래의 이용

도르래는 둥근 바퀴에 튼튼한 줄을 미끄러지지 않도록 감아 무거운 물체를 들어올리는 데 사용하는 도구로 고정 도르래와 움직 도르래가 있습니다.

그럼 먼저 고정 도르래에 대해 알아볼까요? 고정 도르래는 줄을 감은 바퀴의 중심축이 고정되어 있는 도르래입니다. 물체를 들어올리는 힘을 줄 하나가 지탱하고 있으므로 직접 들어올리는 것과 같이 힘의 이득을 볼 수는 없지만 힘의 방향을 편한 쪽으로 바꿀 수 있다는 장점을 지닙니다.

무거운 물건을 옮길 경우 물건을 들어올리는 것보다 밧줄을 아래로 당기는 것이 편리할 때가 많습니다. 국기 게양대에서 태극기를 올린다든가, 우물에서 물동이를 끌어올릴 때처럼 말이지요. 따라서 고정 도르래는 국기게양대, 엘리베이터, 블라인드 등에 사용됩니다.

▲ 엘리베이터(출처: 무료 이미지 사이트 픽사베이 www.pixabay.com)

힘의 이득을 보기 위해서는 움직 도르래를 사용하여야 합니다. 움직 도르래는 회전축이 고정되지 않고 이동하는 도르래로 도르래 축에 직접 물체를 지탱하기 때문에 줄을 당기면 물체와 함께 도르래 축의 위치도 움직이게 됩니다.

움직 도르래의 경우 고정 도르래와 달리 물체를 지탱하고 있는 줄이 두 가닥이므로 나란한 각 줄에 걸리는 힘은 물체 무게의 1/2이 되게 됩니다. 즉, 움직 도르래를 사용하면 두 사람이 각각의 줄을 잡고 동시에 들어올리는 효과가 나므로 물체 무게의 1/2의 힘으로 물체를 움직일 수 있게 되는 것이지요.

하지만 움직 도르래의 경우 물체를 1m 들어올리기 위해 당겨야 하는 줄의 길이는 물체가 올라가는 높이의 2배인 2m가 됩니다. 왜냐하면 물체가 1m 올라갈 때 물체를 지탱하는 두 줄도 동시에 1m씩 움직여야 하기 때문이지요. 만약, 물체를 움직이는 힘을 더 줄여 힘의 이득을 보고 싶으면 움직도르래의 개수를 증가시키고 움직 도르래의 연결법을 다양하게 변화시키면 됩니다. 이러한 움직 도르래는 높은 빌딩을 짓기 위해 무거운 건축 자재를 들어올리거나 바다 속에 침몰한 배를 인양하는 데 사용되고 있습니다.

▲ 크레인에 사용된 움직 도르래(출처: 에듀넷)

움직 도르래와 고정 도르래를 함께 사용하면 힘의 이득과 더불어 힘의 방향도 바꿀 수 있는데 이러한 도르래는 복합 도르래라고 합니다.

[자료출처: 에듀넷]