# data[].attributes.body
이 구조물이 평형상태에 있기 위해서 왼쪽 실에 필요한 장력을 알아보자 먼저, 아이슈타인과 분리되어 있는 두개의 원통으로 이루어진 모자는 100N의 힘이 밑으로 가해지기때문에 원통의 장력은 총 250N이 필요하다. 그렇다면, 석상 왼쪽 실의 장력은 100N+50N-100N=50N이 필요하다. 또한, 토크 평형을 이루려면 석상에서의 두 줄 사이의 거리가 같아야 한다.

# data[].attributes.body
아인슈타인 석상은 막대 위에 서있다. 막대의 중심으로 부터 왼쪽으로 2m 떨어져있고 석상 왼쪽 2m에 원통이 있다. T1, T2, 막대가 힘, 토크 평형을 이뤄야 한다. 이에 따른 적절한 장력T가 필요하다.

# data[].attributes.body
이 구조물에서 각각의 재료에 작용하는 힘은 파란색, 토크는 빨간색으로 표시했고, 빨간색 작은 원이 회전중심이다. 석상이 약간 이동하게 되면 큰 원통의 왼쪽 끝에 작용하는 장력이 변화해 알짜토크 평형이 깨지고, 이에 따라 회전이 발생해 모양이 변하게 된다. 그러나 상단 벽면에 연결된 실이 2개인 이 구조물의 특성상, 원통의 회전으로 인해 모양이 바뀌어도 새로운 위치에 머물게 되므로 중립 평형이라고 할 수 있다. 우측 하단의 구조도 도르래가 아니라 원통의 양 끝에 실이 각각 따로 붙어 있는 구조이므로 약간 이동해도 평형은 유지된다.
가장 큰 장력이 275N이므로 이 구조물에 사용할 실은 최소 275N의 장력을 버틸 수 있어야 한다.

# data[].attributes.body
막대의 너비보다 원통의 너비가 더 크다고 가정하고, 원통의 양 끝에서 줄1을 매달아 막대와 줄이 겹치지 않게 한다. 그러므로 줄1의 장력의 실제 값은 구한 실의 장력의 1/2배가 된다. 그러므로 줄1은 최소 250N의 장력을 버텨내야 되는데, 모두 같은 줄을 쓴다고 가정하면 최소 250√3N (≒432.5N)의 장력을 버텨내야 한다.

위 구조에서는 막대를 3:1로 내분하는 지점에 석상을 위치시켰고, 1:3으로 내분하는 지점에서 원통과 닿도록 했다. 또 줄과 막대가 이루는 각도를 30°로 두었다. 만약 석상이 이동할 때를 고려하여 막대와 원통이 닿는 지점으로부터 석상까지의 거리를 막대의 길이의 d배라고 두고 일반화를 해보았다. T1=100+800d, N=200+400d, T2=400d-150, T3=(50+400d)√3이고, 평형을 이루기 위해서 장력이 모두 0 이상이어야 하므로 d≥3/8이다. 따라서 막대를 5:3으로 내분하는 지점보다 오른쪽에 석상을 위치시키면 장력의 크기만 변화할 뿐 평형을 유지하게 된다. 즉, 석상이 막대를 5:3으로 내분하는 지점보다 오른쪽에 위치해있는 한 이 구조는 안정하다고 할 수 있다. 원통과 막대의 위치, 줄과 막대의 각도를 변화시켰을 때는 일반화한 값이 달라지겠지만, 원통과 상자의 천장을 연결한 줄(현재 줄2와 반대 위치)을 추가한다면 평형을 이룰 수 있는 석상의 위치 범위가 넓어져서 보다 안정해질 것이다.

# data[].attributes.body
중력가속도는 10m/s^2으로 한다. 물체가 평형을 이루기 위해선 알짜 토크와 알짜 힘이 모두 0이어야 한다. 이때 알짜 토크가 0이 되기 위해선 모든 힘의 작용점이 같으면 된다.  우선 두 수직항력의 합력의 작용점인 P를 잡는다. 그리고 막대의 질량중심을 CM으로 잡는다. 이때 CM과 P가 같은위치에 있어야한다. 경사면의 기울기가 각각 60도, 30도이고 막대와 경사면의 기울기가 각각 30도, 60도 이므로 P와 CM이 같은 위치에 있으므로 알짜토크는 0이 된다.
수직항력의 합력은 200N이 되고 석상, 막대 원통의 무게를 모두 더하면 200N이 된다. 이때 두 힘의 방향이 서로 반대이므로 알짜힘 또한 0이 되어서 평형이다.

# data[].attributes.body
원통을 도르래를 이용해 고정하고 실을 이용해 막대가 기대어도 움직이지 않게한다. 막대 옆에 또 다른 막대를 벽에 기대게 세워둔 뒤 그 위에 막대를 얹어 놓아 석상이 설 수 있게 한다. 장력은 마찰계수를 알려주었다면 계산이 가능하지만 마찰 계수가 없어 계산은 하지 못하였지만 막대의 마찰력이 된다. 안정성은 도르래가 잘 고정 된다먼 좋을 것르로 보인다

# data[].attributes.body
처음 원1이 내려오면서 원 2와 충돌한 후 원2에 수평 방향힘을 작용하면서 원 1은 내려오게된다이때 원 2가 이동함에 따라 원3와 충돌과 그 과정과 동시에 원1이 내려오고 아래 나무판과 충돌하여 나무판에 힘을 가하지만 양옆에 있는 줄의 장력이 바꾸면서 평형을 유지하게 된다 이후 원 3가 떨어지면서 아래 원4와충돌하고 원 4가 굴러 가면서 장력을 바꾸지만 평형을 유지하게 되고 최종적으로 모두 떨어진 상태에서 줄로 인해 평형을 유지하여 안정적인 평형 상태라고 볼 수 있습니다.

# data[].attributes.attachment_link.title
이름 없는 노트북 (2)

# data[].attributes.body
원통 위에 길이가 24m인 질량 5kg의 막대를 올린다. 원통은 막대의 왼쪽 끝에서부터 18m 떨어져있고, 막대의 왼쪽 끝에는 질량이 10kg인 물통이 있다. 물통에는 1초에 20kg의 물이 위에서 떨어지고, 석상은 원통으로부터 오른쪽으로 x만큼 떨어져 있으며, 실에 연결되어 오른쪽으로 속도 v만큼 이동한다. 이때 x와 v의 값을 구하시오.

x의 값을 구하기 위해서는 시계, 반시계방향의 토크가 같다는 것일 사용한다. 그리고, v의 값을 구하기 위해서는 t초가 흐른 후에 오른쪽과 왼쪽의 토크의 변화가 같다는 점을 이용한다.

# data[].attributes.body
이 구조물은 좌우대칭인 형태를 가지고 있으므로 오른쪽의 구조가 평형을 이룬다면 왼쪽의 구조도 같은 조건에서 평형을 이룰 것이다. 기울어진 막대 등을 이루어져 있는데, 이때 파란색은 중력, 하늘색은 수직항력, 노란색은 장력으로 표시하였다. 각 막대가 위쪽 구조물로부터 받는 힘과 중력의 합이 수직항력과 연직위로 작용하는 장력의 합과 같은 힘의 평형을 이루어야 하며, 각 힘의 토크를 계산했을 때도 평형을 이루어야한다. 따라서 연립방정식을 계산하면 각 줄에 걸리는 장력을 알 수 있다. 각 줄마다 작용해야하는 장력은 그림과 같으며, 최종적으로 축바퀴를 통해서 두 줄이 작용하는 돌림힘이 같게되어 축바퀴에서도 평형을 이루게 된다.

# data[].attributes.body
중력가속도를 10m/s^2이라고 하고 막대에 대해 알짜 힘과 알짜 토크, 석상에 대한 알짜 힘, 원통에 대한 알짜 힘과 알짜 토크가 0이 되게 장력의 크기를 구한다.

# data[].attributes.body
먼저 모든 지점에서 질점에 대한 중력가속도는 9.8m/s^2로 일정하며 모든 물체는 밀도가 균일한 강체이다. 구속력이 연직으로 작용하지 않는 회전축이 중앙에 위치한 4m 막대의 왼쪽 끝에 원통이 회전축이 지면과 평행하도록 부착시키고(한 물체로 취급) 그 위에 회전축이 지면과 수직인 원통을 올려둔다. 회전축으로부터 왼쪽으로 1m 지점에 석상을 올려둔다. 회전축에는 연직으로부터 시계방향으로 45도 기울어져 실이 천장에 연결되어 있다. 오른쪽 끝에는 실이 30도 기울어져 아래 벽에 연결되어 있다.

정적평형을 이루기 위해서는 알짜힘과 알짜돌림힘이 모두 0이여야 한다. 알짜 힘은 원통+막대 기준으로, 돌림힘은 회전축에 대해 계산하겠다. 이를 1번, 2번 식을 통해 계산하면 T1=623.7N, T2=226.3N이 나온다.

이 구조물의 무게중심은 회전축에 대하여 왼쪽에 몰려있기 때문에 불안정한 상태로 존재하며 이때 줄의 역할이 중요하다. 만약 석상의 위치나 무게를 바꾸었을 때도 장력이 일정하게 존재할 경우 왼쪽으로 석상이 미끄러질 것이고 장력이 변하게되면 팽팽하게 고정된 채 평형을 이룰 것이다.

# data[].attributes.body
돌림힘이 평형을 이루면 안정적이게 석상을 고정시킬 수 있다. 실이 끊어지는 것을 방지하고자 실의 장력을 줄이기 위해서 도르래를 사용하였다. 그렇지만 석상과 원통의 거리가 조금이라도 맞지 않으면 쉽게 평형이 깨질 수 있어서 안정성이 떨어진다.

# data[].attributes.body
3개의 막대를 연결한 줄이 석상이 서있는 막대의 끝에 연결이 되어있고 원통이 반대쪽 끝을 지지하고 있다. 또한 막대 위에는 또 다른 막대가 올라가 있고 그 위의 정중앙에 석상이 있다. 이 구조물이 평형을 이루기 위해서는 왼쪽 3개의 막대가 연결된 줄의 맨 위쪽 장력이 150N 이면 된다. 그 이후 y축 힘 평형을 이용하여 원통이 지지하는 수직항력을 구한다. 그리고 돌림힘 평형을 이용하여 석상이 왼쪽 끝에서 떨어진 거리를 구하면 그 x와 N1이 평형이 될 조건이다. 이 구조물의 안정성은 작다. 그 이유는 아인슈타인 석상이 이동 할 시에 힘 평형은 유지 될 수 있지만 돌림힘 평형이 성립하지 않기 때문이다.

# data[].attributes.body
석상은 막대의 정중앙에 놓여있다. 원통은 벽에 고정되어 있다. 이 구조물이 평형 상태에 있기 위해서는 벽과 붙어있는 줄의 장력이 15g/4만큼 작용해야하고, 석상에 작용하는 수직항력은 10g이어야 한다. 막대에 붙어있는 실이 작용하는 장력은 15g, 막대가 석상에게서 받는 힘은 10g 이어야 한다.

# data[].attributes.body
아인슈타인 석상을 이용하여 막대의 평형을 이룬 문제이다.

# data[].attributes.body
원통을 피라미드처럼 쌓은 후 꼭대기에 막대기를 올리고 그 위에 석상을 세우는 방식이다. 원통과 원통 사이에는 마찰이 없다고 가정하였으므로 그대로 쌓아 올리게 된다면 윗줄에 있는 원통의 무게에 의해 미끄러져 무너질 것이다. 이를 방지하기 위하여 피라미드 전체를 질량이 없는 실로 묶었다는 조건을 추가하였다. 이 실은 장력 T로 각 줄의 바깥에 있는 원통들을 밀어내며, 마지막에는 바닥에 고정된다.
원통들에서는 고려해야 할 점이 많이 있다. 1, 2번째 줄 원통들은 좌, 우가 대칭이기 때문에 힘도 대칭적으로 작용한다고 생각할 수 있다. 하지만 3번째 줄부터는 줄에 의해 장력을 받는 원통들과 중간에 끼어 있는 원통들을 구분해 생각해야 한다. 중간에 있는 원통은 주변 6방향의 원통들로부터 받는 힘과 수직항력들을 표기해 놓았다.

가장 위에 있는 막대의 경우에는 비교적 간단하다. 막대에 작용하는 힘은 석상이 막대에 작용하는 힘과 중력이 있고, 첫번째 원통이 작용하는 수직항력이 있다. 막대가 하나의 원통 위에 아슬아슬하게 올려져 있으므로 이 구조물은 안정적이지 않다. 만약 석상이 조금이라도 좌, 우로 치우친다면 막대에 돌림힘이 작용하여 정적 평형이 무너질 것이다. 하지만 이를 안정적으로 만들 수 있는 방법이 있다. 첫번째 줄에 2개의 원통을 놓는 것이다. 2개의 원통들은 막대의 양쪽에 수직항력을 작용하므로 보다 안정적일 것이다. 계산을 다시 해본다면 원래 구조와는 조금 다른 결과가 나올 것이다.

# data[].attributes.body
정적평형 문제에서 알짜 토크를 찾을 때 특별한 점 하나를 찾으면 문제가 간단히 풀릴 수도 있다는 점을 의도하여 구조물을 설계하였다.

위 문제상황에서 점 P를 토크의 축으로 잡으면 쉽게 경첩에 작용하는 힘 f의 방향을 알아낼 수 있다. 그리고 알짜힘이 0이 되야한다는 조건을 활용하면 T1, T2, f의 값을 구할 수 있다. 1번 줄은 100루트3N의 장력이 작용하며, 2번 줄은 50루트39N의 장력이 작용한다.

이 구조물은 매우 제한적인 조건에서 안정하다. 사실 문제 제작 의도를 잘 드러나게 하기 위해 경첩과 발판을 이용하는 등 조금 무리수를 두었다. 만약 경첩이 없다면 막대는 벽에서 떨어질 것이고, 발판이 없다면 석상이 미끄러질 것이다.

# data[].attributes.body
석상을 고정하기 위해 2가지 구조물을 구상해보았다. 1가지는 석상 위에 원통 3개를 이용하여 석상에게 비가 오면, 비를 막아줘서 석상이 오랜 시간 보존 될 수 있도록 해준다. 다른 1가지는 석상이 정적 평형을 통해 고정될 수 있게 하였다.
(구조물 1) 파란색 선 : 줄 , 원통 3개를 이용. 가장 위에 존재하는 원통은 x축 방향 알짜 힘과 y축 방향 알짜 힘 모두 0이고, 돌림힘도 서로 상쇄되어 정적평형을 이룬다. 나머지 원통들도 실의 탄젠드 각도가 1/3으로 하여, 정적평형을 이룰 수 있게 구상하였다.
(구조물 2) 막대를 기준으로 해서, 장력을 T1 원통과의 접촉력을 F라 설정하고 정적평형을 이루게 했다. 계산 결과 T1 = 67.5N, F = 82.5N일 때 정적평형을 이룰 것이다.

# data[].attributes.body
아인슈타인의 질량이 10kg이므로 석상이 아래로 받는 중력의 크기는 100N이된다. 막대의 질량이 5kg으로받는 중력의 크기가 50N가 되는데 양쪽에서 실이 당기므로 각각 75N씩해서 150N을 들어올린다 도르레 무게도 5kg으로 5N받으니까 왼쪽에 걸린 실의 장력은 200N이고 오른쪽에 걸린 실의 장력은 75N이다

# data[].attributes.attachment_caption
정적 평형 상태를 만족하려면 알짜 힘과 알짜 돌림 힘 둘 다 0을 만족해야 한다. 이 때 원통 2개를 통해 축 바퀴를 사용한다면 축 바퀴에서 알짜 돌림 힘을 계산할 경우 75*1-25*3=0이므로 알짜 돌림 힘이 0을 만족한다. 이때 줄은 최소 75N의 장력을 버텨내야 한다. 

# data[].attributes.body
g=10m/s^2를 가정한다.
원통 2개를 눕혀 원판 취급하여 매달았고, 줄을 여럿 감아 상자 벽과 막대에 연결하였다. 막대에 작용하는 장력을 각각 T1, T2라 가정하고 돌림힘과 힘평형을 사용하여 구한다.
구조적 안정성은 높다. 양쪽의 줄이 모두 원통을 거쳐 벽과 접합되어 있기 때문에 석상의 위치를 옮겨도 장력 변화에 의해 돌림힘 평형이 유지되며, 쉽게 무너지지 않는다.

# data[].attributes.body
원통과 다른 물체들의 상호작용을 잘고려하여야 한다.
원통과 아인슈타인이 서있는 막대사이의 상호작용을 F1으로 바닥에 붙은 막대사이의 상호작용을 F2로 설정하자.
아인슈타인이 서있는 막대에서 중력과 원통의 상호작용을 고려하여 축방향에 대해 식을 세워 줄의 장력을 고려하여 계산한다. 원통이 떨어지지 않기 위해서 원통의 y축에 5g-F1+F2만큼의 장력이 생기고 x축에 F2-F1만큼의 장력이 가해지고 그에 달린 막대가 토크및 힘평형을 이루도록 계산하여준다. 이후 F2와 F1서이의 관계를 찾아 각각의 값을 구할수 있다.

# data[].attributes.body
정적 평형상태이려면 알짜힘과 알짜 토크가 0이어야 하므로 힘을 먼저 구해보면
x축 방향으로 작용하는 힘의 크기는 T1
+루트3/2T1+N-100-50=0이고
y축 방향으로 작용하는 힘의 크기는 T2-1/2T1=0
알짜 돌림힘은 루트3/2T1*10-100*5-50*5=0 이고
T1=50루트3 T2=25루트3 N=75-50루트3이다.

# data[].attributes.body
실을 이용해 모든 물체가 공중에 떠 있도록 설계하였다. 막대는 벽에 닿는 마찰력을 이용하여 균형을 맞추었다.

# data[].attributes.headline
중력가속도를 10m/s^2으로 설정하

# data[].attributes.body
중력가속도를 10m/s^2으로 설정하였다. 구조물이 정적평형상태를 유지하기 위해서는 알짜힘과 알짜토크가 모두 0이여야 한다. 차례대로 물체가 정적평형을 이루기 위한 각 힘의 크기를 알아보자. 석상에 작용하는 중력의 크기는 100N, 막대에 작용하는 중력의 크기는 50N, 원통에 작용하는 중력의 크기는 50N으로 고정되어 있다. 토크와 알짜힘이 0이 됨을 이용하여 계산해보면 막대와 석상 사이의 수직항력은 100N, 막대와 원통사이의 수직항력은 200/3 N, 원통과 바닥 사이의 수직항력은 350/3 N이 된다. 마지막으로 줄에 작용하는 장력은 250/3 N이다.
막대의 위치가 조금 변하거나 기울여지더라도 장력이 변하여 실이 끊어지지만 않는다면 다시 원래의 위치로 돌아갈라 할 것이다. 따라서 이 구조물의 안정성은 높다.

# data[].attributes.body
중력가속도는 10m/s^2으로 하고 파란색 눈금 사이의 거리는 1m이다. 이때 세타의 값을 구하면 된다.

아인슈타인 석상이 서 있는 막대 위에서 돌림힘 평형을 이용하면 T2, 즉 장력을 구할 수 있다. 그리고 T1, T2, 50N을 잘 이용하면 세타의 값을 쉽게 구할 수 있다.

# data[].attributes.body
도르래를 통해서 위쪽과 아래쪽의 균형을 맞췄다. 위 아래 모두 질량이 15kg이며, 아래쪽은 원통 두개를 무게추로 하여 균형을 맞췄다. 계산한 식들은 나무막대의 무게를 고려하여 평형점을 찾는 과정이다.

# data[].attributes.body
정적 평형을 유지할 수 있는 구조물을 설계하기 위해서는 병진 평형과 회전 평형을 유지해야 한다. 원통은 도르래로 사용하고 싶었다. 구조물을 대칭 구조로 만들면 회전 평형을 고려할 필요가 없기 때문에 비대칭 구조를 만들어서 줄을 이용하여 평형을 유지시켜야 겠다고 생각하였다.
이 구조물은 알짜 힘(병진)이 0이고 알짜 토크가 0이다. 또한 역학적 에너지가 극소점에 해당하기 때문에 안정하다고 할 수 있다.
최대 장력인 T2를 계산하게 되면 약 72.2N이 된다.

# data[].attributes.body
막대 1이 실 1에 연결되어 있고, 막대 1에 연결된 실 2는 원통과 연결되어 있다. 원통 위에 막대 2가 놓여있고, 막대 2의 끝은 실 3으로 막대 1과 이어져있다.
그림과 같이 T1, T2, T3의 값이 계산값이 되어야 평형을 이룰 수 있다.
이 형태는 모빌과 유사한 형태로 실로 매달아 평형을 이루게 하였다.

# data[].attributes.body
문제 조건에 나와있는 원통과 막대를 어떤 식으로 구상할지 고민하던 중 새장 모양이 떠올라 그림처럼 설계하였다. 막대 4개를 두 원통 사이에 실로 연결하여 창살처럼 만들어주었다. 각 실에 작용하는 장력의 크기는 그림에 나와있는 것처럼 T1= 400N, T2= 87.5N, T3= 37.5N 이다. 각각의 실은 이만큼의 힘을 버틸 수 있어야 한다.

이 구조물의 안정성을 평가하자면 완번히 안정하다고 할 수 없다. 왜냐하면 석상이 원통의 중심에서 벗어나게 되면 평형이 깨지기 때문이다. 더 안정성을 늘리는 방법은 창살을 더 여러개 만드는 방법이 있지만, 그렇게 만들면 천장과 연결되어있는 실이 버텨야하는 장력의 크기가 증가하여 더 강한 장력을 버틸 수 있는 실을 필요로 한다는 단점이 있다.

# data[].attributes.body
상자의 내부의 모든 질점에 대하여 연직 아래 방향으로 중력가속도 10m/s^2인 중력이 작용한다고 설정하였다. 질량이 5kg인 막대의 가운데 지점과 천장을 줄로 연결하였다. 이 줄을 기준으로 서로 반대 방향에 질량이 10kg인 아인슈타인 석상과 질량이 5kg인 원통을 위치시킨다. 단, 이때 원통과 막대의 질량 중심과 떨어진 거리는 석상과 막대의 질량 중심과 떨어진 거리의 두 배이다.

구조물이 정적 평형 상태를 유지하기 위해서는 모든 각 물체에 대하여 정적 평형 상태가 만족되어야 한다. 어떠한 물체가 정적 평형을 유지하려면 병진 평형과 회전 평형이 동시에 이루어져야 한다. 위와 같은 상황에서 각 물체가 받는 힘을 고려해보자.

먼저 석상은 아래 방향으로 100N의 중력을 받고 막대로부터 위 방향으로 100N의 수직항력을 받아야만 정적 평형 상태를 유지할 수 있다. 이때 수직항력의 작용점은 석상의 질량 중심과 연직으로 같은 선 위에 존재해야 한다.

원통은 아래 방향으로 50N의 중력을 받고 막대로부터 위 방향으로 50N의 수직항력을 받아야만 정적 평형 상태를 유지할 수 있다.

막대는 아래 방향으로 50N의 중력을 받는다. 또한 석상과 원통이 작용하는 100N, 50N 크기의 수직항력을 아래로 받는다. 이때 실의 장력은 위로 200N으로 작용해야 정적 평형 상태를 유지할 수 있다. 석상과 원통은 막대의 질량 중심을 기준으로 1 : 2 의 거리 비를 가진 상태로 2 : 1 의 비의 힘을 작용해야 정적 평형 상태를 유지할 수 있다.

따라서 위 상황에서 줄이 작용하는 장력의 크기는 200N이므로 줄은 최소 200N 크기의 장력을 버텨내야 한다.

구조물의 안정성은 현저히 낮다. 아주 작은 힘에 의해서 석상이 조금이라도 움직이거나, 원통이 조금이라도 이동하거나, 막대가 조금이라도 기울어진다면 곧바로 위에서 설명한 정적 평형 상태를 유지할 조건을 만족하지 않기 때문이다.

# data[].attributes.body
유명한 예제인 막대를 최대한 삐져나오게 쌓는 예제에서 아이디어를 얻어, 이 위에 석상을 두고, 석상에 실을 매다는 식으로 설계했다. 질점취급한 석상의 질량으로 인해, 막대길이 L에 대해 각 막대가 삐져나온 길이가 원래 예제와는 달랐다. 줄의 장력을 계산할 때는 왼쪽의 원기둥에는 토크가 작용하지 않으며, 도르래에는 토크가 작용하지 않아야 해서 양쪽의 장력이 같도록 하였다. m=5 kg, g는 중력가속도다.

# data[].attributes.body
도르래 사용없이 돌림힘의 평형을 이루는 구조물을 설계하고 싶어서 막대 3개가 대칭적으로 서로를 지탱하고 있는 구조물을 만들었다. 바닥에 마찰력이 있다고 가정했으므로 막대 3개의 끝에 줄을 연결하여 x축 방향의 힘이 평형을 이룰수 있도록 하였다. 마찰력은 충분히 커질수 있으므로 y축 방향으로 가해지는 힘에는 쉽게 무너지지 않지만 x축 방향으로 힘이 가해질경우 r,R값에 변동이 생기면서 돌림힘 평형이 쉽게 깨질수있다.

# data[].attributes.body
//평형 조건을 위한 힘들 표기

막대에 대한 병진 평형
N-T-150=0
P 기준 회전 평형
2.5*T-5*150=0

T=300(N), N=450(N)

지렛대를 역으로 써서 실을 더 괴롭히는 방법
실만 버텨주면 아인슈타인이 무거워져도 괜찮을 것

# data[].attributes.body
문제의 조건으로 주어진 원통과 실을 도르래처럼 이용해보고 싶었고, 석상이 놓일 막대에서 알짜 돌림힘이 절묘하게 0이 되어 아슬아슬하게 평형을 이루도록 설계하고 싶었다.
천장에 매단 실에 원통의 중심을 연결하고, 원통에 실을 걸어 고정도르래와 같은 형태로 만들었다. 왼쪽 실에는 균형을 맞추기 위해 5kg 막대를 걸었고, 오른쪽 실에는 수평으로 놓인 막대의 끝부분을 연결하였다. 막대에는 줄에 의한 장력, 석상에 의한 수직항력, 중력, 원통에 의한 수직항력 등이 작용하므로, 돌림힘의 균형을 맞추기 위해 막대를 4등분한 지점에서 각각의 힘이 작용하도록 설계하였다.
이 구조물에서 천장에 연결한 실은 원통의 무게와 연결된 실의 장력만큼의 힘을 견뎌야 하므로 15g의 장력이 걸리게 된다. 도르래의 왼쪽 실은 막대의 무게를 견뎌야 하므로 5g, 오른쪽 실은 원통(도르래)에 작용하는 알짜 돌림힘이 0이 되어야 하므로 5g만큼의 장력이 걸리게 된다.

# data[].attributes.attachment_link.title
제목 없음

# data[].attributes.body
중력가속도는 10m/s², 아인슈타인은 막대의 중심에 위치하여 양쪽이 평형을 이룬다고 가정한다.

# data[].attributes.attachment_link.title
이름 없는 노트북-6

# data[].attributes.body
g : 중력가속도

# data[].attributes.attachment_caption
그림과 같은 튼튼한 상자 안에 그림처럼 아인슈타인 석상을 위치시키고자 한다. 아인슈타인 석상이 안정적으로 서있을 수 있도록 구조물을 설계하고, 구조물의 안정성에 관해 논하시오.

# data[].attributes.headline
창의적인 구조물 설계하기

# data[].attributes.subject
창의적인 구조물 설계하기

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탐구 과정
1) 조건에 맞도록 구조물을 설계하시오.
조건 1. 석상의 질량은 10kg 이다.
조건 2. 아래의 재료를 모두 이용하세요.
재료: 5kg 인 막대(길이 자유), 5kg 인 원통(크기 자유), 질량을 무시할 수 있는 줄(길이 자유)
조건 3. 재료 사이의 마찰은 무시하고, 벽 또는 바닥과 재료 사이의 마찰력은 충분하다고 가정한다.
단, 재료의 개수는 자유롭게 사용할 수 있다.
2) 재료 및 석상에 작용하는 모든 힘을 결정하시오.
3) 설계한 구조물이 안정성에 관해 논하고, 구조물이 안정되기 위해 줄이 최소 얼마의 장력을 버텨내야 하는지 계산하시오.

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이 구조물이 평형 상태에 있기 위해서는 여러 가지 힘들이 얼마의 크기로 작용해야 하고... ...그에 따라 최소한 줄에 장력이 얼마만큼 작용해야 합니다.

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상자의 내부의 모든 질점에 대하여 연직 아래 방향으로 중력가속도 9.8m/s^2 인 중력이 작용한다고 설정하였다.

원통 위에 막대를올려 놓는다.

이때 막대의 가운데 지점이 원통의 가장 윗부분과 접하도록 올린다.

한쪽 끝에는 석상을 올려놓고 다른 쪽 끝 아래에는 실을 연결한다.

원통을 도르래로 사용하여

하나는 벽에 하나는 천장에 고정도르래 형태로 설치하고 실을 연결해 5kg 원통 2개를 매달아 놓는다.

막대끝에서 도르래까지의 실은 바닥에 대해 수직이라고 하자.

이 구조가 정적평형상태가 되려면

각 물체가 정적평형이어야 하는데 그림에서 모든 물체의 작용하는 힘을 알아보면 석상이 아래 방향으로98N, 막대가 아래 방향으로 49N,줄의 장력 98N이 작용한다.막대의 중심을 힘의 작용점이라고 한다면 석상과 장력의 크기가 같기 때문에 정적 평형이 유지된다.

하지만 구조물의 안정성은 낮다.작용점의 위치나 장력의 y성분이 조금이라도 달라지면,정적평형 상태가 유지되지 않는다.모든 물체가 정지해있다면 정적평형이 유지되지만, 조금이라도 움직이면 안정성이 낮아질 것이다.