우리는 생활을 하면서 많은 물건을 쓰고 있습니다. 많은 사람들과 소통할 수 있는 휴대전화, 자동차와 기차 비행기 그리고 컴퓨터와 가구들. 이러한 물건들을 사용해 우리들은 편하게 생활할 수 있습니다. 그렇다면 이 많은 물건을 만들 수 있게 해주는, 작지만 중요한 부품은 과연 무엇일까요.

바로 나사입니다. 흔히 나사라 하면 작은 부품이고 소모품으로만 생각합니다. 하지만 나사 덕분에 물건들은 단단하게 고정되고 실생활에서 사용할 수 있게 됩니다. 만약 나사가 없다면 어떻게 될까요. 우리가 쓰는 물건들은 너무 약해서 떨어지거나 못쓰게 될지도 모릅니다. 이제부터 작지만 큰 역할을 하는 나사에 대하여 하나하나 알아봅시다.

■나사의 이해

나사는 두 가지 종류로 나누어집니다. 보통 '암나사'와 '수나사'라고 부르지요. 수나사는 우리가 가장 흔하게 쓰는 나사이며 긴 원통 모양에 사이사이마다 홈을 파 놓은 것입니다. 반대로 암나사는 수나사의 홈에 끼울 수 있도록 만들어진 것입니다. 흔히 볼트라고 부르는 것이 바로 암나사입니다. 암나사는 나사의 홈과 홈 사이를 고정시켜주는 역할을 하는데요, 수나사와 암나사가 제대로 맞물리지 않으면 아무리 튼튼한 나사라도 고정시키기 힘들지요.

나사는 쓰임새에 따라서 나누어지기도 합니다. 자동차에 사용하는 나사와 비행기에 사용하는 나사는 서로 다르겠지요. 우리들이 쉽게 볼 수 있는 전자 제품이 들어가는 나사 또한 용도에 따라서 만드는 방법이 다릅니다.

■나사의 원리와 수학적인 이해나사는 홈과 홈의 간격이 작을수록 더 큰 힘을 낼 수 있습니다. 우리가 물건을 꽉 잡으면 힘이 들어가는 것과 마찬가지지요. 나사의 홈과 홈 사이가 작으면 작을수록 더욱 단단하게 고정할 수 있습니다.

나사가 고정되는 힘의 원리는 물체의 압력과 가장 큰 관련이 있습니다. 압력은 단위면적(넓이가 1인 정사각형을 생각하면 됩니다)에 얼마나 큰 힘이 작용하는가를 나타냅니다. 이를 수학적으로는 '압력=힘/면적'이라고 나타낼 수 있습니다. 이 식은 힘이 크고 면적이 작으면 작을수록 압력이 커진다는 것을 나타냅니다. 그러나 압력이 너무 커지면 힘의 균형이 무너져서 이음새가 비틀리게 됩니다.

나사의 홈을 잘 살펴보면 일직선인 홈이 있는 반면 기울어져 있는 홈도 있습니다. 이러한 홈의 경사는 이음매가 변형이 일어나지 않고 물건이 튼튼히 고정되도록 해 주는 역할을 합니다. 이러한 경사도 수학적으로 계산을 할 수 있는데요. 기울어진 정도와 홈 사이의 간격을 참고해 나사의 모양이 결정됩니다. 이처럼 작은 나사도 수학의 원리를 이용해 모양을 결정하며 쓰임새도 달라지게 되는 것입니다. '작은 고추가 맵다'는 속담처럼 작지만 없어서는 안 될 존재. 그것이 바로 나사입니다.

부산과학기협 강병국 연구원

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