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연재 기사

용수철과 탄성

어린이과학동아 2005.11.0121호



쭉 늘어났다 제자리로 돌아오는 힘, 탄성

용수철을 힘껏 잡아당기면 늘어나고 손을 놓으면 원래 길이로 돌아오는 것을 본 적이 있나요? 이렇게 외부로부터 힘을 받아 모양이나 길이가 변했을 때 다시 원래대로 돌아가려는 성질을‘탄성’이라고 합니다. 모든 물체는 어느 정도 탄성을 가지고 있어요. 심지어는 공기도 탄성을 지닌답니다.

여러분이 알고 있는 물체 가운데 탄성이 큰 것을 말해 볼까요? 고무줄이나 고무공은 힘을 가해도 금방 원래의 모습으로 돌아와요. 대나무나 용수철, 스타킹의 탄성도 매우 큽니다. 장대높이뛰기나 고무동력기, 태엽시계 등도 탄성을 이용한 좋은 예인데, 이처럼 탄성이 큰 물체를‘탄성체’라고 해요.

탄성체의 대표 선수, 용수철!

용수철의 모양과 쓰임새는 매우 다양해요. 그러나 모든 용수철은 힘을 주면 모양이 변합니다. 또 용수철이 늘어나는 정도는 가해지는 힘에 비례하는데, 이것을 1678년 영국의 과학자 로버트 훅이 처음 발견해서‘훅의 법칙’이라고 해요.

용수철은 크게 세 가지 용도로 쓰이는데, 첫째 물체를 본래의 위치로 되돌려 놓는 기능을 하죠. 문에 설치한 용수철은 문을 열 때 늘어났다가 탄성에 의해 제자리로 돌아옵니다. 둘째 가한 힘의 크기에 비례해서 길이가 늘어나는 용수철저울을 만들 수 있어요. 셋째 용수철은 에너지를 저장합니다. 용수철을 잡아 당기거나 압축시키려면 에너지가 필요한데 이 에너지가 용수철에 저
장된답니다. 따라서 늘어나 있거나 압축되어 있는 용수철은 에너지를 가득 담고 있어요.

기관총에서 얻은 아이디어, 스테이플러


스테이플러 안을 자세히 들여다 본 적 있나요? 없다면 지금이라도 스테이플러의 뚜껑을 열고 무엇이 들어있는지 자세히 관찰해 보세요. 스테이플러는 용수철이 교묘히 감춰져있는 도구랍니다. 스테이플러를 누르면 철침이 나와 종이를 뚫고 들어가는데 이 때 철침을 앞으로 밀어 주고, 사용이 끝난 스테이플러를 원래 상태로 돌려놓는 것이 바로 용수철입니다. 우리가 흔히 사용하는‘호치키스’라는 단어는 스테이플러를 발명한 벤저민 호치키스에서 나왔답니다.

미국의 무기 제조가였던 호치키스가 만든 기관총은 제1차 세계대전 당시 불티나게 팔렸어요. 그러나 평화롭게 쓰일 수 있는 기계를 만들고 싶었던 호치키스는 전쟁이 끝나자, 기관총에서 아이디어를 얻어 철침이 총알처럼 나가는 스테이플러를 개발했습니다.

무게를 재는 용수철, 체중계


우리가 흔히 볼 수 있는 체중계에도 용수철이 들어있어요. 체중계에 올라서면 내부에 들어 있는 지레장치가 이 힘을 용수철이 붙어 있는 측정판에 전달합니다. 즉, 지레가 측
정판을 누르면 체중에 비례해서 용수철이 늘어나고 그 값이 눈금판을 돌리는 거예요.

반대로 체중계에서 내려오면 용수철이 수축하면서 다시 눈금은 0을 가리키게 됩니다. 무게를 재는 데 사용하는 저울을 최초로 발명한 것은 아르키메데스 시대보다 훨씬 앞선 기원전3500년 경이랍니다. 고대 중앙아시아에서는 돈 대신 금이 사용되고 있었기 때문에 무게를 정확히 측정할 수 있는 도구가 필요했던 거예요.



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