# 지레의 힘팔이 20 cm, 저항팔이 4 cm일 때 기계적 이득(mechanical advantage)은?

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> subject: 과목별 모의고사 | 물리치료 기초

## 문제

지레의 힘팔이 20 cm, 저항팔이 4 cm일 때 기계적 이득(mechanical advantage)은?

## 보기

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**정답: 4**

## 해설

기계적 이득은 힘팔÷저항팔이므로 20÷4로 5이다. 1보다 크면 적은 힘으로 큰 저항을 이길 수 있다. 저항팔이 더 길면 1보다 작아 큰 힘이 들지만 움직임 범위와 속도에 이점이 생기고, 인체 지레는 대부분 이쪽에 속한다.

## 심화 해설

기계적 이득(mechanical advantage, MA)은 힘팔(effort arm)의 길이를 저항팔(resistance arm)의 길이로 나눈 값으로 계산합니다. 지레의 원리에서 힘팔이 길수록, 저항팔이 짧을수록 더 적은 힘으로 더 큰 저항을 움직일 수 있습니다.

문제에서 힘팔은 20 cm, 저항팔은 4 cm이므로 기계적 이득은 20 ÷ 4 = 5가 됩니다. 기계적 이득이 5라는 것은 투입한 힘의 5배에 해당하는 부하를 들어 올릴 수 있다는 의미이며, 이는 인체의 2종 지레(second-class lever)에서 흔히 관찰되는 구조입니다.

물리치료학과 학생과 국시 수험생은 지레의 세 가지 유형을 구분하고, 각 유형에서 기계적 이득이 1보다 큰지 작은지를 이해해야 합니다. 인체에서 1종 지레(first-class lever)는 고리중쇠관절(atlanto-occipital joint)의 머리-목 신전 동작이 대표적이며, 힘과 저항 사이에 받침점이 위치합니다. 2종 지레는 발꿈치 들기(calf raise) 시 발허리발가락관절(metatarsophalangeal joint)을 받침점으로 하는 구조로, 저항(체중)이 받침점과 힘(장딴지근) 사이에 있어 항상 기계적 이득이 1보다 큽니다. 3종 지레(third-class lever)는 팔꿈치 굽힘 시 팔꿉관절(elbow joint)을 받침점으로 하는 구조로, 힘(위팔두갈래근)이 받침점과 저항(전완 및 손의 무게) 사이에 있어 기계적 이득이 항상 1보다 작습니다.

이 문제의 계산 결과인 5는 2종 지레의 특징과 일치합니다. 핵심! 기계적 이득이 1보다 크면 힘의 이득(force advantage)이 있는 것이고, 1보다 작으면 속도와 가동범위의 이득(speed and range of motion advantage)이 있는 것입니다. 인체의 대부분 관절은 3종 지레로 작동하여 빠르고 넓은 움직임을 만들어 내지만, 발꿈치 들기와 같은 체중 부하 동작에서는 2종 지레의 기계적 이득이 중요한 역할을 합니다.

임상에서는 보행 분석 시 발목관절의 지레 작용을 이해하는 것이 중요합니다. 발꿈치 들기 단계(heel-off)에서 장딴지근이 발허리발가락관절을 받침점으로 하여 체중을 들어 올리는 2종 지레 기전이 작동하며, 이는 기계적 이득이 1보다 큰 효율적인 힘 전달 구조입니다. 반면 팔꿉관절 굽힘과 같은 3종 지레는 기계적 이득이 1보다 작아 근육이 더 큰 힘을 내야 하지만, 작은 근수축으로 큰 관절 움직임을 만들어 낼 수 있습니다.

기계적 이득 계산은 물리치료사 국가고시에서 지레의 분류와 함께 빈출되는 개념입니다. 힘팔과 저항팔의 길이를 정확히 구분하고, 계산 결과가 지레의 유형 및 인체 적용 사례와 어떻게 연결되는지를 함께 이해해야 합니다.

## 임상 시나리오

기계적 이득 계산과 임상 적용지레의 원리를 이용한 효율적 힘 전달 이해
기계적 이득(MA)은 힘팔을 저항팔로 나누어 계산합니다. 힘팔이 20 cm, 저항팔이 4 cm이면 MA는 5이며, 이는 투입한 힘의 5배 부하를 들 수 있음을 의미합니다.

MA가 1보다 크면 힘의 이득이 있고, 대표적으로 발꿈치 들기 시 발허리발가락관절을 받침점으로 하는 2종 지레가 이에 해당합니다. 반대로 팔꿉관절 굽힘의 3종 지레는 MA가 1보다 작아 속도와 가동범위의 이득을 제공합니다.

주의기계적 이득 계산 시 힘팔과 저항팔의 길이를 혼동하지 않도록 주의하십시오. 특히 임상에서 보행 분석 시 발꿈치 들기 단계의 2종 지레 기전을 정확히 이해해야 하며, MA가 1보다 작은 3종 지레에서는 근육이 더 큰 힘을 내야 함을 고려해야 합니다.

## 핵심 개념

- **기계적 이득** — 힘팔의 길이를 저항팔의 길이로 나눈 값으로, 지레가 힘을 증폭시키는 비율을 나타낸다.
- **힘팔** — 받침점에서 힘이 작용하는 지점까지의 거리로, 길수록 기계적 이득이 커진다.
- **저항팔** — 받침점에서 저항(부하)이 작용하는 지점까지의 거리로, 짧을수록 기계적 이득이 커진다.
- **2종 지레** — 저항이 받침점과 힘 사이에 위치하는 지레로, 기계적 이득이 항상 1보다 크다.
- **3종 지레** — 힘이 받침점과 저항 사이에 위치하는 지레로, 기계적 이득이 항상 1보다 작다.

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