회전문은 회전축에서 멀리 떨어진 손잡이에 힘을 가해 열거나 닫는다. 이와 같이 회전축에서 일정한 거리만큼 떨어진 지점에 힘을 가했을 때 물체의 회전 운동을 변화시키는 물리량을 돌림힘 혹은 토크라고 한다.
그림 IV-33과 같이 문을 당길 때 문의 회전축 O로부터 힘이 작용하는 손잡이까지의 길이(r)와 방향을 지레의 팔이라고 한다. 손잡이를 잡고 지레의 팔에 수직인 힘 F로 당길 때, 돌림힘(`s)의 크기는 지레의 팔 길이(`r)와 힘의 크기(`F)의 곱으로 나타낸다.
돌림힘(τ)=팔의 길이(r) X 힘의 크기(F) (단위: Nm), τ = r X F
돌림힘의 크기는 팔의 길이가 길수록, 힘의 크기가 클수록 크다. 또 돌림힘의 크기는 지레의 팔의 방향과 힘의 방향이 수직일 때 가장 크고, 평행일 때에는 0이다. 한편 돌림힘의방향은 동일한 회전축에 대해서는 시계 방향과 시계 반대 방향 등으로 나타낼 수 있다.
돌림힘을 사용하는 예로는 지레가 있다. 지레를 사용할 때 힘과 일에 대해 알아보자.
지레가 수평을 유지할 때 사람이 지레에 작용하는 돌림힘과 추가 지레에 작용하는 돌림힘은 크기가 같고 방향이 반대이다. 사람이 지레에 돌림힘을 가하여 움직이면 지레는 물체에 돌림힘을 가하여 물체를 움직인다. 이때 사람이 지레에 작용하는 돌림힘과 지레가 물체에 작용하는 돌림힘은 크기
와 방향이 같다. 또한 받침점에서 물체까지의 거리보다 받침점에서 힘의 작용점까지의 거리가 클수록 작은 힘으로 물체를 움직일 수 있다.
그림 IV-34와 같이 사람이 지레에 크기가 aF인 돌림힘을 시계 방향으로 작용하면, 지레는 물체에 크기가 bw인 돌림힘을 역시 시계 방향으로 작용하여 물체를 움직이게 된다. 이 때 사람이 지레에 작용한 돌림힘과 지레가 물체에 작용한 돌림힘이 같으므로 aF=bw이다. 따라서 F= b/a x w가 된다. b에 비해 a가 클수록 힘 F의 크기가 작아진다. 한편 힘을 주어 이동한 거리와 물체가 이동한 거리의 비는 수직 높이 변화의 비s : h와 같고, s : h=a : b이므로, 힘의 크기가 줄어든 대신 이동 거리가 증가하여 일의 양은 변하지 않는다.
