스패너와 토크: 회전 효과를 극대화하는 원리와 토크의 개념 이해

회전력의 척도인 토크는 회전 중심으로부터의 힘 또는 거리가 멀어질수록 증가합니다.

### 토크(Torque): 돌림힘의 개념 이해하기
* ⚙️ **토크**는 물체를 회전시키는 효과의 크기를 나타내는 물리량입니다.
* 🔧 스패너를 사용하면 손으로 직접 돌리는 것보다 적은 힘으로 너트를 쉽게 풀 수 있는데, 이는 스패너가 **회전 효과**를 증대시키기 때문입니다.
* 🪨 긴 지렛대가 짧은 지렛대보다 바위를 돌리는 데 효과적인 것처럼, 스패너의 길이가 길수록 힘의 작용점이 회전 중심으로부터 멀어져 회전 효과가 커집니다.
* ⚖️ 같은 크기의 스패너에 다른 힘(10N vs 20N)을 가하면, 더 큰 힘(20N)이 더 큰 회전 효과를 만듭니다.  **힘의 크기**가 클수록 회전 효과가 커집니다.
* 📏 회전 효과는 힘의 크기와 힘의 작용점과 회전 중심 사이의 거리에 **비례**합니다.
* 🔩 두 개의 스패너(0.3m, 100N vs 0.5m, 80N)를 비교하면, 토크 값(힘 × 거리)이 큰 쪽(40N·m)이 더 큰 회전 효과를 나타내어 너트를 더 쉽게 풀 수 있습니다.
* 🧮 **토크(τ)**는 힘(N)과 거리(m)의 곱으로 계산되며, 단위는 N·m입니다.
* 💡 토크의 개념을 이해하면, **일상생활 도구**의 작동 원리를 더 잘 이해할 수 있습니다.

여기 물체에 꽉 조여진 6각 너트가 있습니다

이 너트를 풀려면 너트를 반시계방향으로 돌려야 합니다

그런데 이런 너트를 손가락으로 푸는 건 쉬운 일이 아니죠

이럴 땐 스패너라는 도구를 써야 하는데요

스패너를 쓰면 적은 힘으로도 너트를 쉽게 풀 수 있습니다

왜 그럴까요? 그 이유는 스패너를 쓰는 것이 손으로 돌리는 것보다 회전

시키는 효과가 더 크기 때문입니다. 그렇다면 스패너가 손보다 회전 시키는 효과가 더 큰 이유는 뭘까요?

우선, 회전 시키는 효과를 크게 하는 물리량에는 어떤 것들이 있는지

살펴봅시다. 여기 커다란 바위가 있습니다. 이 바위를 돌리기 위해서는 지렛대가

필요한데요. 짧은 지렛대와 긴 지렛대, 어떤 것을 이용해야 할까요?

당연히 긴 지렛대가 유리합니다. 이것을 이해하기 위해서는 일의 원리에 대해

알고 있어야 하는데요. 이 원리에 따르면, 같은 힘을 지렛대에 가할 때, 힘을 가하는 거리를 길게

하면 바위에 작용하는 힘을 더 크게 할 수 있습니다.

너트를 풀기 위한 스패너도 같은 원리로 만들어진 도구입니다. 스패너의

길이가 길수록 힘을 가하는 거리는 길어지지만, 적은 힘으로도 너트를 풀

수 있게 됩니다. 이것을 정리하면 힘의 작용점이 회전 중심으로부터 멀리 떨어져 있을수록

물체를 회전시키는 데 그 효과가 크다고 할 수 있습니다.

이 말은 C필러를 통해 알아볼 건데요. 크기가 같은 두 개의 스패너를

준비하고, C필러에 힘을 가해 보겠습니다.

C필러를 회전시키기 위해 한쪽에는 10N을,

다른 한쪽에는 20N을 가해 보면 당연히 20N을 가한 스패너가

더 빨리, 더 힘차게 회전합니다. 아주 당연한 얘기겠지만, 회전시키는 효과를 크게 하려면 더 큰 힘을

가해야 한다는 뜻이겠죠. 자, 정리해볼까요? 힘이 클수록, 또는 힘의 작용점이 회전 중심으로부터

멀리 있을수록 회전시키는 효과가 크다고 할 수 있구요,

힘이 작을수록, 또는 힘의 작용점이 회전 중심과 가까울수록 회전시키는 효과가 작다고 할 수 있습니다. 회전시키는 효과의 정도는 회전 중심으로부터 힘의 작용점까지의

거리, 그리고 작용하는 힘의 크기에 각각 비례하기 때문에, 이

두 값을 곱한 값으로 어떤 상황이 더 회전시키는 효과가 더

클지 예상해 보고 비교해 볼 수 있습니다. 예를 들어볼까요? 여기에 너트를 풀기 위해 길이가 다른 두 스패너를

준비했습니다. 또 두 스패너에 각기 다른 힘을 가해 볼 건데요,

준비했습니다. 또 두 스패너에 각기 다른 힘을 가해 볼 건데요.

어떤 너트가 풀릴 가능성이 적은지, 회전시키는 효과의 크기를 비교하기 위해서는 이 두 값을 곱해서

누가 더 큰지를 비교해 보면 됩니다. 첫 번째 상황은 퓨전 중심으로부터

힘의 작용점까지의 거리가 0.3m이고, 가하는 힘의 크기가 100N이니까

둘을 곱하면 그 크기가 30N·m가 되는데, 두 번째

상황은 0.5m에 80N이니까 곱하면 40N·m가 됩니다.

즉, 두 번째 상황에 놓인 너트가 더 잘 풀리겠네요.

여기서 이 두 값을 곱한 이 값을 바로 토크라고 부르는 것입니다.

눈치가 빠른 사람들은 알아차렸겠지만, 토크의 단위는 별도의 문자를 쓰지

않고 힘과 거리를 곱한 N·m을 그대로 씁니다.

또 토크의 기호는 그리스 문자 τ(타우)와 같이 이렇게 쓰니까 꼭 기억해주세요.

토크(torque), 돌림힘 개념잡기

 Physicshow_피직쇼

6각 너트를 풀기 위해서는 반시계 방향으로 돌려야 한다.

손가락으로 너트를 푸는 것은 어렵다.

스패너를 사용하면 적은 힘으로도 쉽게 너트를 풀 수 있다.

스패너는 손보다 회전 효과가 크기 때문에 쉽게 너트를 풀 수 있다.

스패너의 길이가 길수록 힘을 가하는 거리가 길어지고 적은 힘으로도 너트를 풀 수 있다.

바위를 돌리기 위해서는 지렛대가 필요하며, 긴 지렛대가 더 효율적이다.

일의 원리에 따르면, 같은 힘으로도 힘을 가하는 거리가 길수록 바위에 작용하는 힘이 커진다.

힘의 작용점이 회전 중심으로부터 멀리 떨어져 있을수록 회전 효과가 크다.

C필러 실험을 통해 힘의 크기가 클수록 회전 효과가 크다는 것을 보여준다.

힘이 클수록, 또는 힘의 작용점이 회전 중심으로부터 멀리 있을수록 회전 효과가 크다.

길이가 다른 두 스패너에 각기 다른 힘을 가하는 실험을 통해 토크 개념을 설명한다.

회전시키는 효과의 크기를 비교하기 위해서는 힘과 거리를 곱한다.

두 가지 상황(0.3m x 100N, 0.5m x 80N)을 비교하여 0.5m x 80N인 상황이 더 큰 회전 효과를 가짐을 보여준다.

힘과 거리를 곱한 값을 토크(Torque)라고 부르며, 단위는 N·m이고 기호는 τ(타우)를 사용한다.