내일 바로 써먹는 과학 지식! 두 사람이 양동이를 들 때의 각도와 힘, 철봉에 오래 매달리는 비법

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!

줄다리기에서 이기는 자세, 무거운 짐을 친구와 쉽게 옮기는 요령, 영웅이 하늘을 날 때 힘의 비밀… 사실 이 모든 해답은 물리학의 ‘힘의 분해’ 라는 개념에 숨어 있습니다.

‘힘의 분해’라고 하면, 벡터나 삼각함수 같은 어려운 단어 때문에 괜히 주눅 들 수도 있습니다. 하지만 걱정 마세요! 힘의 분해는 결코 실험실 안에서만 일어나는 이야기가 아니라, 우리의 일상에 가득한 매우 친숙하고 흥미로운 현상입니다. 우선, 이런 경험부터 함께 살펴보시죠.

두 명이 들면 정말 편할까? 양동이 운반의 물리학

무거운 양동이를 혼자 운반하면 팔에 묵직한 무게가 가해져 금방 피로해지죠. 그럼 친구와 둘이서 운반할 때는 어떨까요? 놀라울 정도로 가볍게 느껴지지 않나요? 이는 양동이에 작용하는 하나의 중력(아래로 향하는 힘)이 두 사람의 팔에 ‘분해’ 되면서, 한 사람당 부담이 줄었기 때문입니다.

여기서부터가 더 재미있습니다. 두 사람 사이의 각도를 바꾸면 팔에 걸리는 힘의 크기가 달라지거든요. 사실, 두 사람이 멀리 떨어져 양동이를 들고 각도를 크게 벌릴수록, 각자의 팔에는 양동이 무게 이상의 힘이 작용하는 경우까지 생길 수 있습니다! 마치 보이지 않는 힘이 작용하는 것만 같죠.

철봉 매달리기 챌린지! 더 오래 매달릴 수 있는 쪽은?

또 하나의 친근한 실험을 소개하겠습니다. 공원의 철봉입니다. 양손 간격을 ‘좁게 잡고 매달리는’ 것과 ‘넓게 잡고 매달리는’ 것 중, 어느 쪽이 더 오래 매달릴 수 있을까요? 다음에 공원에 가면 꼭 한번 시도해 보세요. 분명 간격을 좁게 잡는 쪽이 훨씬 편하고 오래 매달릴 수 있다는 것을 알게 될 겁니다.

이것 역시 ‘힘의 분해’와 관련이 있습니다. 손 간격을 넓히면, 자신의 체중을 지탱하는 힘 외에도 팔을 바깥쪽으로 당기는 불필요한 힘이 발생하게 됩니다. 힘의 분해를 알고 있다면, 자신의 몸을 더 잘 활용하게 되어 한계를 뛰어넘는 데 도움이 될지도 모릅니다.

‘힘의 분해’란 무엇일까? 마법의 정체를 밝히다

그럼 이 마법 같은 현상의 정체, ‘힘의 분해’란 과연 무엇일까요? 어렵게 생각할 필요는 없습니다. 힘의 분해란 ‘하나의 힘을 여러 개의 다른 방향의 힘으로 나누는 것’ 입니다. 마치 하나의 빛을 프리즘에 통과시켜 무지갯빛으로 나누는 것처럼, 하나의 힘이 가진 ‘성분’을 알아보는 작업이라고 생각해 보세요.

오늘 수업에서는 이처럼 친근한 예시들을 바탕으로, 영상과 연습 프린트를 활용하여 ‘힘의 분해’를 철저히 해설해 드릴 것입니다. 왜 힘이 나뉘는지, 그리고 나뉜 힘의 크기는 어떻게 결정되는지, 그 원리를 영상을 통해 시각적으로 이해할 수 있습니다.

물리학은 ‘왠지 어려울 것 같다’고 외면당하기 쉽지만, 일상의 ‘왜?’를 하나씩 풀어가다 보면 ‘아, 그래서 그랬구나!’ 하고 퍼즐 조각이 맞춰지는 듯한 즐거움이 있습니다. 이 수업을 통해 물리학의 재미를 느끼고, 세상이 조금 다르게 보이는 경험을 해보시지 않겠어요?

２月のイチオシ実験！梱包材で遊ぼう！

• 静電気の時期になってきました。子供と一緒に梱包材で盛り上がろう！→ やめられなくなる！静電気実験２０

体中に梱包材をはりつけてみよう！

テレビ番組等・科学監修等のお知らせ

• 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。

書籍のお知らせ

• 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
• サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
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• 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）…　高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。

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