볼링공은 미끄러지나? 굴러가나? 회전을 만드는 마찰력

볼링공은 레인의 마찰에 의해 처음에는 미끄러지다가 점차 회전 운동이 증가하면서 ‘순수 굴림’ 상태로 전환됩니다.

이 과정은 마찰력, 가속도, 회전 운동이 상호작용하는 대표적인 예로, 마찰이 운동을 멈추게만 하는 것이 아니라 회전을 만들어낸다는 점에서 의미가 있습니다.

볼링공처럼 처음엔 미끄러지다가 마찰에 의해 회전이 생기고, 결국 순수 굴림으로 전환되는 현상은 실생활에서 의외로 자주 나타납니다. 아래는 대표적인 예시들입니다.

 

미끄러지다 굴러가는 볼링공 (이미지출처 : 픽사베이)

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1. 축구공을 차고 난 직후

• 발로 공을 강하게 차면 처음에는 공이 회전 없이 미끄러지며 움직입니다.
• 지면 마찰이 생기면서 점점 회전이 증가하고, 일정 시간이 지나면 순수 굴림 상태로 바뀝니다.

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2. 탁구공을 수평으로 밀었을 때

• 손으로 밀거나 툭 쳐서 보내면 처음엔 회전 없이 미끄러지며 가다가
• 탁구대 표면의 마찰로 인해 회전이 생기고, 곧 굴러가게 됩니다.

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3. 당구공의 스트로크 직후

• 큐로 당구공을 정확히 중심에 치면 처음엔 회전 없이 미끄러지며 이동합니다.
• 마찰에 의해 회전이 생기고, 순수 굴림으로 바뀌는 과정은 볼링공과 거의 동일한 물리 과정입니다.

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4. 코인(동전)을 눕혀서 밀었을 때

• 평평한 바닥 위에 동전을 눕혀 살짝 밀면 처음엔 미끄러지며 이동
• 마찰로 인해 점점 회전하면서 굴러가는 전형적인 예입니다.

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5. 쇼핑카트 바퀴 중 마찰이 큰 바퀴

• 일부 쇼핑카트 바퀴는 회전이 느려 처음에 미끄러지듯 끌려가다
• 점차 회전하면서 정상적인 굴림 운동으로 전환됩니다.

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6. 슬리퍼를 벗어 차서 날아가는 경우

• 발로 슬리퍼를 툭 차면 처음에는 바닥 위를 미끄러지듯 직선으로 나아갑니다.
• 슬리퍼 밑창과 바닥 사이의 마찰 때문에 회전이 생기고, 결국 회전하며 나아가는 모양이 됩니다.
• 특히 슬리퍼 앞부분이 먼저 바닥에 닿으며 회전하는 모습이 잘 보입니다.

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7. 책상에서 굴러 떨어지는 컵이나 물병

• 손이 닿아 책상 끝으로 밀려난 컵이 처음엔 미끄러지다가
• 바닥과의 접촉이 생기는 순간 마찰로 인해 회전을 하며 쓰러지거나 구르기 시작합니다.
• 이때도 미끄러짐 → 회전 → 굴림의 전환이 발생합니다.

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8. 바닥에 놓인 휴대폰이 미끄러지며 돌기 시작할 때

• 매끄러운 바닥에 놓인 휴대폰을 밀었을 때, 처음엔 미끄러지지만
• 마찰 때문에 한쪽이 더 먼저 잡히면 회전이 생기며 돌면서 이동하게 됩니다.
• 평평한 면이지만 회전이 생기는 사례입니다.

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9. 눈썰매 또는 플라스틱 썰매 타기

• 평지나 경사에서 썰매를 타면, 처음엔 미끄러지며 직선으로 나아가다가
• 마찰이나 충격으로 썰매가 돌기 시작하고, 때때로 사람은 고꾸라지거나 옆으로 밀리게 됩니다.
• 마찰이 회전 모멘트를 만들어내는 좋은 예입니다.

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10. 미끄러운 바닥에서 신발 밑창이 돌며 미끄러질 때

• 비 오는 날 매끄러운 바닥에서 갑자기 멈추거나 돌려고 할 때,
• 신발이 미끄러지면서 회전하게 되고, 사람이 중심을 잃고 돌아서 넘어지는 경우가 있습니다.
• 이 또한 마찰이 회전을 유도한 결과입니다.