평형 조건
아르키메데스는 『평면의 평형에 관하여』에서 무게가 받침점까지의 거리에 반비례할 때 평형을 이룬다고 증명했어요. 힘 F₁, 힘팔 d₁, 무게 F₂, 작용팔 d₂라면 F₁d₁ = F₂d₂예요. "설 자리를 주면 지구를 움직이겠다"는 말이 그에게서 전해져요. 기계적 확대율은 d₁/d₂이며, 힘에서 얻는 이득만큼 이동 거리에서 손해를 봐 일의 양은 같아요.
지레의 종류
- 1종 지레: 받침점이 가운데(시소, 가위, 장도리). 목을 젖히는 머리-환추 관절이 예예요.
- 2종 지레: 작용점이 가운데(병따개, 외바퀴 수레). 발뒤꿈치를 드는 발목이 예예요. 항상 힘에서 이득을 봐요.
- 3종 지레: 힘점이 가운데(핀셋, 젓가락). 팔꿈치를 굽히는 위팔두갈래근이 대표적이에요. 힘은 더 들지만 속도와 운동 범위가 커요.
운동역학에서의 의미
인체 근골격계는 대부분 3종 지레라 큰 근력이 필요하지만 빠르고 넓은 움직임이 가능해요. 무게를 몸 가까이 들면 작용팔이 짧아져 허리 부담이 줄어요.
캠퍼스다운 자료실에는 이 이론을 다룬 자료도 있어요: 「운동 역학: 우리 몸의 지렛대의 원리와 1종·2종·3종 지레, 안정성에 영향을 주는 요소」.
이 이론을 다룬 레포트·발표 자료는 캠퍼스다운 자료실의 '지레의 원리' 레포트 검색에서 찾아볼 수 있어요.
참고문헌
- Heath, T. L. (Ed.). (1897). The Works of Archimedes. Cambridge University Press.
- Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2018). Fundamentals of Physics (11th ed.). Wiley.
- Hall, S. J. (2019). Basic Biomechanics (8th ed.). McGraw-Hill.