Y자 모양의 줄 끝에 추를 매달고 두 지점에서 손으로 잡아 당기면서 멈춰 있게 해 보자.
멈춰 있다는 것은 힘이 평형을 이루고 있는 것이다. 그럼 사이각에 의해 각각의 줄에 작용하는 힘의 크기를 구할 수 있다.
일단 실험 동영상을 보자
그리고 Y 자 모양의 줄 외에 다른 줄들을 연결해 놓아도 그 줄 들은 받는 힘이 거의 없다는 것도 예측할 수 있다.
이를 A4용지를 가지고 확인해 볼 수 있다. (A4용지가 긴 경우에는 정사각형 모양으로 잘라 사용해도 된다.)
우선 A4용지 맨 아래 중간에 송곳으로 구멍을 뚫고 실을 이용해서 추를 매단다.
추 대신 무겁게 물이든 페트병을 매달아도 된다.
이때 주의할 점은 구멍이 찢어지기 때문에 구멍 부근에 찢어지지 않게 스카치 테이프를 앞뒤로 붙여 줘야 한다.
그리고 양손으로 잡고 버텨 보자. 찢어지지 않고 버틴다면 종이에 Y자 모양으로 선을 긋는다.
가능하면 교차점이 구멍에 가깝게 가게 하는 것이 좋다.(사진은 구멍보다 높은 곳에 있다)
지금부터는 Y 자만 남기고 주변에 필요 없는 부분을 가위로 잘라내 보자.
그럼 페트병이 금방 떨어지지 않을까?
주변을 잘라 내도 페트병은 쉽게 떨어지지 않는다.
그 이유는 A4용지가 페트병을 들어 올릴 때 대부분의 힘은 힘의 합력 방향으로만 작용하고 있기 때문이다. 즉 다른 부분은 크게 힘이 작용하지 않는 다는 것이다.
누가 더 종이를 많이 잘라내면서 버틸 수 있는지 시합을 해 보자.
Y자 모양의 종이로 들어올릴 때 힘의 합력을 고려하여 종이를 팽팽하게 잡아 당겨야 더 잘 버틸 수 있다.
간단한 실험이지만, 힘의 합력과 평형에 대해서 생각해 볼 수 있는 실험이다.
실제로 기둥이 없는 경기장 지붕을 강철케이블(줄)만을 이용해 만들때도 이런 방법을 사용한다. 처음에는 상당히 많은 줄 들을 연결해서 지붕을 천장에 고정 시킨다.
그리고 정확한 계산에 의해 힘을 받아야 하는 줄 들을 점점 조여서 계산된 장력과 같아지게 한다. 그러면 여러개 줄 들 중에 힘을 받지 않는 줄 들이 생긴다. 그럼 그 줄 들을 하나씩 제거해 나가면서 경기장 지붕을 완성한다.
처음에 지붕을 올릴때는 안전상 많은 줄 들을 연결하지만, 그럼 보기도 좋지 않고, 또 줄들 때문에 더 무거워 지기 때문에, 나중에는 필요한 줄 들만 남기고, 나머지 줄 들은 제거해 버리는 것이다. (요즘은 정확한 계산에 의해 필요한 줄들만 연결할 지도... )
사진출처 : https://bolog.com/books/월드컵경기장과학탐방.pdf
위 실험에서 보듯이, 힘을 받는 부분외에는 크게 필요하지 않다는 것을 알 수 있다.
