분야 03
기구학
기구가 움직이는 방식: 기어, 링크, 캠
기구학은 위치, 경로, 속도로 운동을 설명해요. 그리고 한 가지 움직임이 어떻게 다른 움직임으로 바뀔 수 있는지 보여 줘요.
배우게 될 내용
- 기어가 속도와 방향을 어떻게 바꾸는지
- 기어비가 속도와 힘을 어떻게 맞바꾸는지
- 링크 장치가 회전 운동을 왕복 운동으로 어떻게 바꾸는지
- 움직이는 점의 경로를 따라가는 방법
실험 예시
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작은 기어를 큰 기어와 맞물리게 하고, 각각 몇 바퀴 도는지 세어 보세요.
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크랭크와 슬라이더를 만들고 피스톤이 움직이는 모습을 관찰해 보세요.
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링크의 길이를 바꿔 보고 경로가 어떻게 달라지는지 살펴보세요.
만들어 볼 수 있는 것
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느리지만 힘센 윈치를 위한 기어박스
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크랭크로 움직이는 피스톤
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자동차 와이퍼 장치
이 예시는 이 분야에서 어떤 활동을 하는지 보여 줘요. 실제로 공개되는 수업은 다를 수 있어요.
작은 모델 체험하기
이 작은 모델들은 바로 여기, 여러분의 브라우저에서 실행되며, 페이지를 한 번 불러온 뒤에는 오프라인에서도 계속 작동해요. 교육용으로 단순화한 모델이며, MEKALUMI 시뮬레이션 엔진이 아니에요.
팁: 왼쪽 기어를 끌어서 손으로 돌려 보세요.
맞물린 기어
각 기어의 톱니 수를 바꿔 보세요. 속도와 회전력이 어떻게 달라지는지 살펴보세요.
- 기어비
- 1 : 2
- 출력 속도
- 15 rpm · 2배 느림
- 회전력
- 2배
- 회전 방향
- 모터와 반대 방향
작은 기어가 큰 기어를 돌리면, 큰 기어는 더 느리게 돌지만 더 큰 힘을 내요. 윈치, 자전거, 시계도 이 원리를 이용해요.
모델: 마찰이나 미끄러짐이 없는 이상적인 기어. 모터 속도: 30 rpm.
시뮬레이션이 단순화하는 부분
- 기구학은 운동을 연구하지만, 그 운동을 일으키는 힘이 무엇인지는 따지지 않을 때가 많아요.
- 부품은 틈이나 헐거움 없이 완벽하게 맞물린다고 가정해요.
모든 시뮬레이션은 현실을 단순화해요. 어떻게 단순화하는지 아는 것도 공학을 배우는 과정의 일부예요.
관련 교과
수학(기하와 비율), 물리, 디자인과 기술
다른 분야와의 연결
기구학은 역학을 바탕으로 하며, 로봇공학에 꼭 필요해요.
알아 두면 좋아요
자전거로 오르막길을 오를 때는 체인과 크기가 다른 기어들이 속도를 줄이는 대신 힘을 키워 줘요.