정의
돌림힘은 물체를 회전시키는 효과를 나타내는 물리량으로, 작용점에서 회전축까지의 위치벡터와 그 지점에 작용하는 힘의 벡터의 외적으로 정의된다. 수학적으로는 $\boldsymbol{\tau} = \mathbf{r} \times \mathbf{F}$ 로 표현되며, 크기는 $\tau = rF\sin\theta$ ( $\theta$는 위치벡터와 힘벡터 사이의 각) 로 계산된다. 국제단위계(SI)에서는 뉴턴·미터(N·m)로 측정한다.
학문·산업 분야에서의 활용
- 역학: 회전 운동을 분석할 때 기본적인 양으로 사용되며, 뉴턴의 제2법칙(회전 형태) $\boldsymbol{\tau}=I\boldsymbol{\alpha}$ ( $I$: 관성 모멘트, $\boldsymbol{\alpha}$: 각가속도) 에 적용된다.
- 공학: 기계 설계·구조 해석에서 부품에 가해지는 회전 하중을 평가하고, 토크 전달 장치(예: 기어, 체인, 벨트)의 설계에 필수적인 개념이다.
- 일상 언어: 자동차 엔진의 "토크", 전동 공구의 "돌림힘" 등 실용적인 맥락에서도 자주 사용된다.
어원
‘돌림힘’은 한국어 어휘로, 동사 ‘돌리다’(돌아가게 하다)와 명사 ‘힘’(force)이 결합된 합성어이다. 따라서 “돌리게 하는 힘”이라는 의미를 직접적으로 내포한다.
관련 개념
- 모멘트(힘의 순간): 돌림힘과 동일한 의미로 사용되는 경우가 있다.
- 축력·전단력: 직선 운동에 작용하는 힘과 대비되는 회전 효과를 나타내는 힘으로 구분한다.
표기
- 국제 표준 기호: $\tau$ (그리스 문자 타우)
- 단위 표기: N·m (뉴턴·미터) 또는 kg·m²·s⁻²
주의점
돌림힘은 벡터량이며 방향은 회전축에 대한 오른손 법칙에 따라 결정된다. 크기만을 고려할 경우 스칼라량으로 오인될 수 있으므로, 해석 시 방향 정보도 함께 명시하는 것이 일반적이다.
