바퀴와 지면사이 마찰력과 구동력의 작용점 관련 의문사항이 있습니다.
- 글쓴이
- gogo
- 등록일
- 2014-12-20 18:01
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위 그림처럼, 바퀴에 작용하는 반시계 방향 토크로 부터,
바퀴가 지면에 오른쪽 방향으로 힘을 작용하고,
그에 대한 마찰력으로써 지면이 바퀴에 왼쪽으로 힘을 주지 않습니까?
그리고 이때 두 힘은 지면과 바퀴가 접하는 접점이 될테고,
왼쪽으로 작용하는 마찰력이 구동력이라고 알고 있습니다.
그런데 의문사항은 저상황에서 어떻게 지면과 바퀴의 접점(바퀴상의)이
오른쪽으로 이동하게 되느냐는 것입니다.
분명 지면은 접점에 왼쪽 방향으로 힘을 주는데, 반시계 방향 회전을 하게되면 접점은 오른쪽으로 이동하잖아요?
제가 힘의 작용점을 잘못 생각한건가요?
갑자기 모든게 너무 헷갈립니다. 아는분 제발 답변 부탁드립니다.
다른 사람들 의견
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이명진
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작용 반작용 개념을 생각하면되지않을까요 ..??
바퀴가 돌면서(반시계)
지면을 미는힘이(오른쪽)
바닥이 바퀴가 지면을 미는힘의 반대로 반작용(왼쪽)을
가해주어서 가게되는 원리로요 -
Eng.
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다시 잘 생각해보세요.
굳이 이렇게 설명하고싶진 않지만 질문자님의 방식대로 답변을 해보자면..
'바퀴가 왼쪽으로 회전하려면 지면이 바퀴의 접점에 오른쪽 방향으로 힘을 가해줘야 합니다.'
질문자님의 오류는 회전운동을 병진운동으로 이해하려한 것입니다.
거시적으로 바퀴는 왼쪽으로 움직인다. -> 지면이 바퀴에게 왼쪽 방향으로 힘을 작용한다.
이건 회전을 배제한 병진운동에서의 해석이구요.
실제로 바퀴가 왼쪽으로 움직이는 이유는 바퀴의 회전운동 때문이지 않습니까.. -
gogo
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답변 감사합니다.
그러니까 Eng. 님 말씀대로
거시적으로 바퀴가 반시계방향회전하여 왼쪽으로 이동하려면,
접점에 오른쪽방향으로 힘을 가해줘야 하는데..그게 맞는데
힘관계를 따져보면 지면은 바퀴와의 접점에 왼쪽방향 힘을 가해주고 있으니까..저는 혼란스러운 것입니다.
좀더 자세한 설명 부탁해도 될까요 ㅠㅠㅠ
-
Eng.
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다시 잘 읽어보니 제 설명이 틀렸군요.
접점이 바닥을 왼쪽으로 밉니다. 이 때 바닥은 바퀴의 접점에 왼쪽으로 힘을 작용하구요.
그런데 왜 접점이 오른쪽으로 이동하느냐.
구속때문입니다.
바퀴가 고정되어 회전운동밖에 할 수 없고 지면이 움직이는 레일이라고 생각해 보면 바퀴의 접점이 지면에 오른쪽으로 힘을 가하면 지면은 오른쪽으로 이동합니다. 이 때 접점은 역시 오른쪽으로 이동합니다.
이 때도 지면은 바퀴의 접점에 왼쪽방향으로 힘을 작용하는데 왜 접점은 오른쪽으로 움직일까요.
접점의 이동은 지면의 반작용과는 관련이 없습니다. 바퀴는 연속체이고 바퀴의 접점은 바퀴에 포함된 일부니까요. 전적으로 축에 작용하는 토크에 의해 접점의 운동이 결정됩니다.
바퀴가 왼쪽으로 굴러가려면 바퀴 아랫부분의 접점은 기구학적 조건에 의해 반드시! 오른쪽으로 이동해야 할 뿐이지 힘의 인과관계는 상관이 없습니다.
질문자님이 달리기를 합니다. 신발의 밑창이 지면을 밀어내는 힘에의해 몸이 앞으로 나아갑니다.
이번엔 밑창이 바퀴처럼 곡선형태로 되어있는 신발을 신고 달리기를 합니다. 결과는 똑같지만 신발 밑창의 접점은 지면을 박차고 나가는 순간 뒷쪽으로 이동합니다.
더 간단히 말하자면 접점은 죽었다 깨어나도 왼쪽으로 이동할 수가 없는 기구학적 구조이고, 그 기구학적 조건에 의해 토크가 작용하면 바퀴가 왼쪽으로 회전할 수 밖에 없습니다.
