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지렛대의 발명
옛날 아주 먼 옛날, 기원전 260년경 아르키메데스는 놀라운 발견을 발표한다.
‘지레는 양쪽 끝에 각각 올려놓은 물체의 무게의 비가 받침점부터 거리에 반비례할 때 평형을 이룬다.’ 지레의 법칙을 한마디로 설명한 말이다. 이 지레의 법칙은 그 흔한 막대에게 엄청난 힘을 불러 넣었다. 지렛대가 발명된 것이다.
밀도를 발견하기도한 아르키메데스는 나선형 양수기 등 수많은 발명을 하기도 했다.
지레라 하기도 하는 지렛대는 막대의 한 점을 받치고 그 받침점을 중심으로 물체를 움직이는 도구로서 도르래처럼 작은 힘을 큰 힘으로 바꾸거나 움직여야 할 거리를 줄일 수 있다. 지레의 막대를 받치거나 고정된 점을 받침점, 외부 힘이 가해지는 점을 힘점, 지레가 물체에 힘을 작용하는 점을 작용점이라 할 때, 힘점과 작용점 각 점에 작용한 힘과 각 점과 받침점 사이의 거리의 곱은 서로 같다는 원리이다.
지레는 무거운 것을 들어 올리거나 저항력을 극복하기 위해 사용된다. 사실 이집트의 도처에 있는 웅대한 피라미드의 돌들도 지렛대가 있었기에 가능했다. 통나무를 깔고 그 위에 돌을 올려놓은 다음 지렛대로 움직였던 것이다.
아르키메데스의 지레의 법칙에 따른 지렛대의 발명은 이렇게 설명할 수 있지만 지레가 실제로 사용된 것은 기원전 5,000년경으로, 고대 이집트인들이 바로 그들이다. 이 같은 사실은 당시 벽화가 대변해주고 있다. 고대 이집트 벽화에는 지렛대 같은 도구로 무겁고 큰 돌을 움직이는 모습이 생생하게 묘사되어 있다. 지레의 종류는 힘점, 받침점, 작용점의 위치에 따라 3종류로 나뉘는데, 장도리나 펌프처럼 가운데에 받침점이 있는 1종 지레, 병따개나 커터처럼 가운데에 작용점이 있는 2종 지레, 그리고 핀셋 및 젓가락처럼 가운데에 힘점이 있는 3종 지레가 있다. 3종 지레의 경우 힘에서 이득을 볼 수 없고, 필요에 의해 만들어진 물건들이다.
한편, 작용점과 받침점 사이의 거리를 짧게 하면 힘점에 가한 힘보다 더 큰 힘을 작용점에 가할 수 있다. 이 원리에 따라 대저울, 장도리, 병따개, 손톱깎이 등을 이용하면 작은 힘으로 큰 힘이 필요한 일을 할 수 있다.
장도리나 병따개는 받침점을 중심으로 힘점과 작용점이 반대방향에 있는 경우이고, 대저울은 작용점과 힘점이 같은 방향에 있는 경우이다.
대저울이란 지레의 원리를 이용하여 가벼운 추로 무거운 물체의 무게를 측정할 수 있는 도구다.
글 : 왕 연 중
(한국발명문화교육연구소 소장 겸임 영동대학교 발명특허학과 교수)
(이메일 : wangyj39@dreamwiz.com 전화 : 011-890-8578 )
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