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미끄러운 얼음판 위에서 자석을 이용해서 차를 움직이려고 한다. 차는 앞으로 계속 움직일 수 있을까?

 

 

당근은 당나귀를 앞으로 갈 수 있게 만들까? (얼음판 위는 아니다)

 

 

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실패(pulley)의 둘레에 실을 감은 후 미끄러짐이 없이 구르게 당긴다. 실패의 중심이 이동한 거리와 당긴 실의 끝이 이동한 거리의 관계는?

실을 당기면 실패는 회전하면서 앞으로 전진한다. 풀린 실의 길이는 가장자리가 회전한 거리만큼(Rθ)이고 이 거리는 실패가 전진한 거리(x)와 같다. 따라서 실의 끝이 움직이는 거리는 회전해서 풀린 실의 길이에 중심이 이동한 거리를 더해야 한다(x+Rθ=2x=2Rθ).

 
 
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현재 피사의 탑은 수직에 대해서 5.5도 정도 기울어져 있다고 한다. 어느 각도까지 넘어지지 않고 견딜 수 있을까? 

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간단히 추정하기 위해 탑을 균일한 원통형 기둥으로 생각하면 탑의 무게중심을 지나는 연직선이 탑의 맨 아래 가장자리를 넘어서는 경우에 넘어지게 된다. 왜냐하면 이 경우에 중력이 만드는 넘어지는 토크를 상쇄시킬 방법이 없다. (물론 외부에서 줄로 당기면 된다) 따라서 임계각은 tanθ=DHθ=tan1DH.

 

 

 

피사 탑은 높이가 H=55m 평균 지름이 D=7m이므로 임계각은 7.25 정도다. 현재 기울어진 각도는 5.5이다.

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