외줄타기에서 긴 장대를 왜 들까?

쉽게 중심잡는 방법을 지난번에

같이 알아보았습니다.

 

포크로 무게중심 잡기 

 

하지만 외줄을 타는 사람은 아래로 처진 장대를 사용하지 않습니다.

 긴 장대를 들고 줄 위를 걷습니다.

무게중심이 줄 위에 있어서

가만히 있으면 어차피 떨어집니다.

긴 막대까지 들고 걸으면

균형을 잡기가 더 힘들 것이라 생각할 수 있지만

이것이 바로 외줄타기의 비밀입니다.

그냥 외줄 위를 걸을 때는 몸이 자꾸 한쪽으로 치우쳐 쉽게 떨어지지만

 긴 막대를 들고 걸으면

그냥 몸으로만 외줄위를 걷다가 떨어질 때보다

떨어지는 속력가 느려져서

균형을 잡기 쉬워집니다.

회전 관성이 커진 효과라고 할 수 있습니다.

관성은 운동상태를 그대로 유지하려는 특성입니다. 

 외부에서 힘이 작용하지 않는 한 정지한 물체는 계속 정지해 있으려 하고,

운동하던 물체는 계속 움직이려 합니다.

 

외부에서 힘을 주면 운동 상태가 바뀝니다.

정지해 있던 두 물체에 같은 힘을 주면

질량이 작은 물체가 더 빨리 움직입니다.

질량이 직선운동에서 관성입니다.

질량이 크면 운동상태가 변하지 않습니다.

속력의 변화가 천천히 일어납니다.

 

회전하는 물체도 회전상태가 변하지 않게 하려는 성질이

바로 회전 관성입니다.

회전 관성이 크면 천천히 돌게 되면서

사람이 원래대로 균형을 잡기 쉽습니다.

 

기다란 장대가 없더라도 양팔을 벌리고 있으면

회전관성이 커서 팔을 오므리고 있을때보다

균형잡기가 쉽습니다.

 

그럼 회전관성을 어떻게하면 크게 할 수 있는지 알아보겠습니다.

 똑같은 나무 바퀴 두개을 준비합니다.

같은 질량인 두개의 빨간 쇠판을 준비합니다.

둘 다 가락지 모양이지만 하나는 두껍고

작은 동그라미 모양의 쇠판이고

하나는 얇고 큰 동그라미의 쇠판입니다.

왼쪽 바퀴에는 작은 쇠판을 붙이고

오른쪽 바퀴에는 커다란 쇠판을 바깥 테두리에 붙입니다.


같은 바퀴에 같은 질량의 판을 붙였기 때문에

판을 붙인 뒤에도 두 바퀴는 질량이 같습니다.

 

바퀴테를 바깥부분을 같은 힘으로 밀어 돌리면

오른쪽 바퀴가 느리게 돕니다.

그래서 오른쪽 바퀴가 회전관성이 큽니다.

왼쪽과 오른쪽 바퀴의 차이는

질량이 회전축에서부터 얼마나 멀리 있는가 뿐입니다.

회전축에서 더 멀리 있는 것이 회전 관성이 커서

외부에서 힘을 주어도 천천히 돌아갑니다.

 

왜그런지가 궁금하시면 이후를 읽으시고

아니면 여기까지만 읽으셔도 되지 않을까요?

 

우리가 회전하는 물체를 보면서

느리거나 빠르게 돌아간다고 느끼는 것은

전체적으로 1초에 몇바퀴도는가를 보는 것입니다.

회전을 하는 물체의 여러점을 보면

중심축부근의 점은 속력이 작고

바깥쪽 점은 속력이 커야

한덩어리로 돌아갈 수 있습니다. 

 

힘을 주면 물체가 운동하게 됩니다.

간단하게 하기위해서 원래 바퀴는 똑같으니

생각하지 말고

두개의 빨간색의 쇠판만 생각해 봅시다.

축 부근의 쇠판에 있는 점은 작은 원을 그리며 돌고

바깥 테두리의 점은 큰 원을 그리며 돌아야합니다.

같은 위치에 같은 힘을 주어 돌리면

같은 속력으로 돌아야 합니다.

점들이 같은 속력으로 돌면

축부근의 점은 금방 한바퀴를 돌지만

오른쪽 그림처럼 큰 쇠판의 점은 큰원을 돌아야하면

한바퀴를 도는데 시간이 더 많이 걸립니다.

더 느리게 돌아가는 것입니다.

 

그래서 같은 힘을 주어도 더 느리게 돌아가는 것은

회전관성이 크다고 할 수 있고

회전축에서 멀리 떨어진곳에

질량이 있으면

회전 관성이 크다는 것을 알 수 있습니다.

조금 다른 이야기지만

김연아 선수가 회전 관성을 작게 하기위해

트리플 엑셀을 할 때

팔을 오므리는 것입니다.

 

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