도르래

1. 개요2. 원리3. 종류4. 대중매체에서의 도르래

1. 개요 [편집]

영어: pulley
일본어: 滑車(かっしゃ)

바퀴에 끈이나 체인등을 이용해 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 크기를 줄이는 장치로, 지렛대, 쐐기 등과 함께 힘의 전달기구로 쓰이는 도구다. 활차(滑車)라고도 한다.

주로 고정도르래와 움직도르래로 나뉘며, 둘의 힘을 혼합한 복합 도르래도 있다. 각각의 도르래 모두 지렛대와 마찬가지로 물체를 움직이는데 필요한 전체 일의 크기는 변하지 않는다. 필요한 힘이 적어지는 대신 이동하는데 필요한 거리가 늘어나기 때문이다.

거중기도 도르래의 원리를 이용한 물건이다.

2. 원리 [편집]

1. 회전하는 바퀴 위의 한 지점의 운동방향은 바퀴의 접선 방향이므로, 도르래 바퀴 위에 로프를 걸치면 힘의 방향을 바꿀 수 있다.
2. 한 물체가 여러개의 로프로 지탱되고 있으면 로프 하나가 지탱하는 무게는 물체 전체 무게를 로프 갯수로 나눈 것과 같다.
3. 이것이 가능한 이유는 물체의 일(W;work)의 총량은 힘(F;Force) 곱하기 변위(S;Displacement) 와 같기 때문이다.
즉 같은 일을 적은 힘으로 할 수 있도록 하기 위해 줄과 바퀴를 통해 일을 하는 시간을 늘리는 것이다.

W=FS로 일의 크기를 구할 수 있다. 영어 약자의 뜻은 3번 참고.

3. 종류 [편집]

밑의 설명은 토크를 고려하지 않은 설명이다.

고정도르래
회전축을 고정시킨 도르래. 힘의 방향을 바꿀 수 있는 도르래이다. 도르래의 회전축은 고정되어 있고 걸친 줄의 한쪽을 당겨서 다른 쪽의 물체를 끌어당기거나 들어 올리는 역할을 한다. 힘의 방향을 바꿀 수 있지만, 하중과 같은 크기의 힘이 필요하다. 100N의 물체를 들어 올리려면 힘 100N이 필요하다. 이런 구조를 채택한 대표적인 물건으로는 대형 깃대[1]와 엘리베이터 [2]가 있으며 힘의 이득을 얻을 수 없어 주로 가벼운 물체를 들어올릴 때만 사용하고, 무거운 물체를 들어올릴 때는 움직도르래와 함께 사용한다. 그래도 힘을 중력 방향으로 당길 수 있다는 점 덕에 같은 크기의 힘이어도 일 자체는 좀 수월하다.

움직도르래
회전축이 고정되지 않고 이동하는 도르래. 도르래에 걸친 줄의 한쪽을 고정하고 도르래에 움직이려는 물체를 걸어 도르래와 함께 당긴다. 힘의 방향을 바꾸지는 못하지만 절반의 힘으로 하중을 지탱할 수 있다. 기중기, 엘리베이터[3]등에 많이 쓰이는데, 주로 고정도르래와 같이 쓰인다. 힘의 이득을 얻을수는 있지만, 물체가 이동하는 거리는 끌어당긴 줄의 길이의 절반밖에 되지 않는다. 대신 무게 100N의 물체를 들어올릴 때, 하나의 움직도르래를 사용하면 50N의 힘만 있어도 된다.[4]

복합도르래
고정도르래와 움직도르래를 조합한 도르래. 이 경우에는 힘 효과의 확대율은 움직도르래의 수에 비례한다(2의 배수로). 사용 사례는 대부분 위의 움직도르래 문단에 있다. 움직도르래는 살생활에선 단독으로 쓰기가 어렵기 때문에 열에 아홉은 고정도르래와 조합된다.

차동도르래
지름이 다소 다른 고정도르래 A, B를 같은 축 위에 놓고 줄을 도르래 A에서 움직도르래 C에걸고 다시 다른 고정도르래 B에 건 도르래.

이 외에도 평벨트 풀리, V-belt pulley가 있다.

4. 대중매체에서의 도르래 [편집]

퍼즐보블 시리즈 중 4번째 작품인 퍼즐보블 4에 도르래가 등장한다. 중심에 붙은 구슬에 따라 도르래가 움직인다.

[1] 깃발을 달기 위한 기둥 [2] 도르래가 걸린 줄의 한쪽 끝에는 케이지를, 다른 한쪽에는 빈 케이지보다 약간 무거운 무게추를 매단 구조.[3] 기계실 없는 엘리베이터나 고속 엘리베이터 등. 중저속의 경우는 고정도르래만 쓰기도 한다.[4] 물론 어디까지나 이론상으로 그렇다는 것이다. 실제로는 짐을 고정하는 움직 도르래의 중량이 반영되어야 하기 때문에 실제로 드는 힘은 그보다 좀 크다.