일의 원리
부두의 인부가 짐을 부리고 있다. 100kg짜리 드럼통을 트랩을 따라 밀어올려 트럭에 싣는 일이다. 트럭의 3m 높이에 있고 트랩의 길이가 6m라면 트럭으로 드럼통을 굴려올리기 위해 이 여자 인부가 얼마의 힘을 들여야 할까?
a) 200kg
b) 100kg
c) 50kg
d) 10kg
e) 알 수 없다.
해답 : 정답은 c).
100kg짜리 드럼통은 처음보다 3m 높아져서 3m×100kg＝300m*kg의 에너지를 얻게된다. 그러면 문제는 6m의 거리에 얼마만큼의 힘이 작용하면 300m*kg의 일을 하게될까 하는 것이다. 당연히 50kg의 힘이다. 6m×50kg＝300m*kg이므로, 몇 가지 설명을 덧붙인다면,
1) 이런 문제를 푸는 데 벡터를 이용하는 여러 가지 방법이 있다. 사물을 다른 각도에서 보는 것은 중요한 일이다 다른 방법을 통해 같은 결론에 도달한다는 것은 흥미롭다.
2) 사과에 오렌지를 더하듯이 m(길이)에 kg(무게)을 더할 수 있냐고? 그럼 곱하기는 어떻게 하나?
3) 경사면이나 트랩 문제의 개념은 기본적으로 지렛대나 시소의 원리 그리고 도르래 장치, 혹은 복합 도르래의 개념과 같다.
이런 경우는 모두, 일정 한 양의 일을 하는 데 필요한 힘이 그 힘이 작용하는 거리를 늘림으로써 줄어드는 원리를 이용한 것이다. 3m의 높이로 드럼통을 들어올리는 데 있어 길이가 두 배(6m)인 경사진 트랩을 따라 굴리면 힘은 반 밖에 들지 않는다.
시소놀이에서 무거운 어른이 위로 올라가는 데 중심에서 1cm 떨어지고 맞은편 어린이는 3cm로 멀었다면 그 어린이의 몸무게는 어른 몸무게의 1/3이면 된다.
비슷한 원리로, 엔진을 1m 들어 올리려면 수리공은 로프를 2m 당겨야 한다. 로프 Ⅰ에서 1m, 로프Ⅱ에서 1m 그래서 수리공은 모터 무게의 반에 해당하는 힘으로 당기게 된다.
