개념 한 쪽
인간공학기사 모멘트 — 힘의 팔과 지레의 평형
모멘트는 회전을 일으키는 힘의 작용이다. 같은 힘이라도 회전축에서 멀리 작용할수록 커진다. 이 카드에서는 모멘트를 계산하는 기본 관계, 시소와 천칭의 평형 계산, 팔꿈치 관절에서 근육 힘을 구하는 절차를 본다.
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뜻
모멘트는 힘과 회전축에서 힘의 작용선까지의 수직 거리를 곱해 구한다. 회전축에서 먼 곳에 힘이 작용할수록 같은 힘으로도 회전시키는 효과가 커진다. 이 거리를 힘의 팔이라 한다.
지레가 평형을 이루면 양쪽 모멘트의 크기가 같다. 시소의 중심에서 1.2m 떨어진 곳에 35kg의 물체가 있고 반대쪽 1.5m 지점에 다른 물체가 있다면, 35×1.2를 1.5로 나누어 그 물체의 무게를 구한다. 천칭에서도 중심에서 10cm 떨어진 10kg과 20cm 떨어진 물체가 평형이라면, 10×10을 20으로 나누어 무게를 낸다.
팔꿈치 관절처럼 회전축이 정해진 경우에는 축을 기준으로 모멘트의 합을 세운다. 이두박근의 힘에 그 힘의 팔을 곱한 값이, 손에 든 물체의 하중과 그 팔, 아래팔 자체 하중과 그 무게중심까지의 거리로 만든 모멘트의 합과 같아지도록 방정식을 세운다. 49N 물체가 0.35m, 아래팔 16N이 0.17m, 이두박근이 0.05m라면 이두박근 힘 × 0.05 = (49 × 0.35) + (16 × 0.17)이 된다.
예제
선지 판단은 모멘트를 힘과 힘의 팔의 곱으로 정의하는지, 시소·천칭에서 양쪽 모멘트를 같게 놓아 미지의 무게를 구하는지, 팔꿈치 관절을 축으로 물체와 아래팔의 모멘트를 더해 근육 힘을 내는지에서 갈린다. 계산 순서를 맞게 연결한 선지가 맞고, 회전축에서 가까울수록 모멘트가 커진다거나 힘의 팔을 힘과 더한다고 한 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 모멘트는 어떻게 계산하나요?
- 힘에 회전축에서 힘의 작용선까지의 수직 거리, 곧 힘의 팔을 곱합니다.
- 시소에서 반대쪽 물체의 무게는 어떻게 구하나요?
- 한쪽 물체의 무게와 중심까지의 거리를 곱한 값을, 반대쪽 거리로 나눕니다. 35kg과 1.2m, 반대 거리 1.5m라면 28kg이 됩니다.
- 팔꿈치에서 근육 힘을 구하는 식은 어떻게 세우나요?
- 관절을 축으로 근육 힘과 그 힘의 팔의 곱을, 물체 하중과 아래팔 하중이 만드는 모멘트의 합과 같게 놓습니다.
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