배경

간단한 기계는 일상생활에 중요하며 집, 학교, 운동장에서 볼 수 있습니다. 단순 기계는 작업을 더 쉽게 하기 위해 힘의 크기 및/또는 방향을 바꾸는 도구입니다. 간단한 기계를 사용하면 일반인도 큰 돌을 들어올리고, 블록을 먼 거리까지 옮기고, 심지어 피라미드를 건설할 수도 있습니다.

이 단원에서 학생들은 힘과 일의 물리학적 개념과 경사면, 바퀴와 차축, 레버, 기어 등 네 가지 유형의 단순 기계를 배웁니다. 학생들은 경사면, 균형 레버, 스프링 카, 시계 등 간단한 기계로 구성된 4가지 조립품을 통해 힘을 가해 작업을 더 쉽게 만드는 방법을 알아볼 수 있습니다. 학생들은 또한 고대부터 사용되어 왔고 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 도구에 대한 통찰력을 얻게 될 것입니다.

단순 기계란 무엇인가?

단순 기계 물체를 움직이기 위해 힘의 크기와 방향을 바꾸는 도구입니다. 단순 기계는 움직이는 부품이 거의 없거나 전혀 없어서 작업을 더 쉽게 해주는 장치입니다. 간단한 기계는 수천 년 동안 존재해 왔으며 지금도 유용합니다. 이 단원에서 학생들은 4가지 유형의 단순 기계를 소개합니다. 경사면, 바퀴와 차축, 레버, 기어.

힘이란 무엇인가?

힘은 물체를 밀거나 당기는 힘입니다. 물체에 힘이 가해지고, 그 힘에 반대되는 힘이 없다면, 물체의 속도나 방향이 변합니다. 힘은 우리 주변의 물건을 움직이는 데 사용됩니다. 이 단원에서는 적용된 힘, 균형 잡힌 힘, 불균형 힘을 포함한 여러 형태의 힘을 다루겠습니다.

적용된 힘

적용된 힘은 물체에 가해지는 힘을 말합니다. 만약 당신이 방 안으로 의자를 밀어 넣는다면, 당신은 의자에 힘을 가하는 셈이 됩니다.

균형 잡힌 힘도 있고, 불균형한 힘도 있습니다. 방향이 반대이지만 크기는 같은 힘을 균형력이라고 합니다. 균형된 힘은 물체를 움직이게 하지 않습니다.

균형 잡힌 힘과 불균형한 힘

방향이 반대이지만 크기는 같은 힘을 균형력이라고 합니다. 균형된 힘은 물체를 움직이게 하지 않습니다. 균형 잡힌 힘의 예로는 두 집단이 같은 양의 힘으로 줄다리기를 하는 것을 들 수 있습니다. 이렇게 되면 양쪽에 가해지는 반대 힘이 동일하기 때문에 로프가 제자리에 고정됩니다.

그러나 불균형한 힘은 물체를 움직이게 합니다. 줄다리기에서 한 팀이 다른 팀보다 더 세게 잡아당긴다고 가정해 보자. 그러면 두 팀의 힘은 더 이상 같지 않을 것이다. 한 팀은 다른 팀을 더 큰 힘의 방향으로 끌어당길 수 있을 것입니다.

불균형한 힘은 힘이 가해지는 물체의 운동에 변화를 일으킵니다. 경사면과 같은 간단한 기계는 불균형한 힘을 이용해 작업을 더 쉽게 만듭니다. 예를 들어, 중력의 불균형으로 인해 물체는 경사면을 따라 가속되는 것으로 알려져 있습니다.

중력

중력은 지구, 달 또는 기타 거대하고 큰 물체가 다른 물체를 자기 쪽으로 끌어당기는 힘입니다. 정의에 따르면 이는 물체의 무게입니다. 지구상의 모든 물체는 지구 중심을 향해 "아래쪽"으로 향하는 중력을 받습니다.

일이란 무엇인가?

과학에서 일 힘을 사용하여 고정된 시작점에서 물체를 옮기는 것입니다. 간단한 기계는 작업(물체 이동)을 더 쉽게 해줍니다.

일의 과학적 정의는 물체에 가해진 힘의 양에 물체를 이동한 거리를 곱한 값입니다. 따라서 일은 힘과 거리로 구성됩니다. 각 작업을 완료하는 데 필요한 작업량이 정해져 있으며, 이 수치는 변하지 않습니다. 따라서 힘과 거리를 곱한 것은 항상 같은 양의 일이 됩니다. 즉, 더 짧은 거리를 움직이는 경우 더 큰 힘을 가해야 한다는 뜻입니다. 반면에 힘을 덜 쓰고 싶다면 더 먼 거리로 힘을 움직여야 합니다. 이것이 힘과 거리의 균형입니다.

기계적 이점이란 무엇인가?

기계적 이점 간단한 기계를 사용하여 가해지는 힘의 방향을 증가시키거나 변경함으로써 동일한 양의 작업을 수행하는 데 필요한 힘이 줄어드는 경우입니다. 기계적 이점은 특정 요구 사항을 충족하도록 조정될 수 있습니다. 기계적 이점에는 속도와 토크라는 두 가지 유형이 있습니다.

토크란 무엇인가?

토크 구동 기어나 기계의 출력을 더욱 강력하게 만드는 기계적 이점입니다. 토크는 물체의 회전을 시작하거나 멈추기 위해 힘을 가할 때 발생하는데, 기어를 돌리거나 레버를 부분적으로 돌리는 경우가 이에 해당합니다. 아래 애니메이션을 시청하면 더 작은 기어가 더 큰 기어를 구동하여 더 큰 토크를 생성하는 모습을 볼 수 있습니다.

속도란 무엇인가?

속도 은 물체가 시간에 따라 이동하는 거리이며, 구동 장치나 기계의 출력을 더 빠르게 만드는 기계적 이점입니다. 기어의 경우 속도는 토크와 반비례합니다. 출력에서 속도가 필요한 경우 토크를 줄여야 합니다. 그 반대도 사실입니다. 출력으로 더 많은 토크나 전력이 필요한 경우 속도는 감소합니다. 아래 애니메이션을 시청하면 더 큰 기어가 더 작은 기어를 구동하여 더 빠른 속도로 작동하는 모습을 볼 수 있습니다.