글쓴이 : SOONDORI
뉴턴(Newton) 단위의 물리적 ‘힘’을 측정하는 빈티지적 수단은,
● Push/Pull Dial Gauge
스프링 장력 + Rack & Pinion 기어를 조합하여 Kgf(Kg Force*) 단위로 밀거나 당기는 힘을 측정한다.
모델명 FDK 60, ~30Kgf. 미국 Wagner Instruments社 제작.
* 1Kgf = 1Kg 물체의 질량(=공간과 위치에 관계없는 절대 수치) × 지구 중력 상수 9.6N(=1kg x 9.8m/s^2) .여기서, ‘질량’과 ‘무게’는 개념이 다르니까 사람의 체중을 ‘질량’이라고 하지 않고 ‘몸의 무게’라고 한다. 예를 들어, 소고기 600g 질량을 접시에 얹고, 완벽하게 수직 방향으로 이 계측기를 쓰면, 고기 무게는 600g 한 근. 그 소고기와 이 계측기를 가지고 달나라에 가면… 중력의 상대 감소에 따라서 더 작은 값이 됨. 1/6.
● 디지털 Force Meter
아래 예시 제품은 당기는 힘만 측정한다.
모델명 Electro Samson, ~20Kgf, 로드 셀(Load Cell) 내장형. DC9V, 미국 Breknell社 제작.
(출처 : https://www.ebay.com/itm/326248851367)
● Bar 타입 토크 렌치
“1m 이격된 곳에서 1m짜리 레버로, 1N의 힘으로 축을 돌리다” 회전 토크를 측정하기에 단위가 N ㆍm이다. (F = M × a 공식에 의해, 1N = 1kg x 1m/s^2)
참고로, 1Nm = 1Kg / 9.8N = 0.10Kgfㆍm. ~200Nm이므로, 20.4Kgfㆍm. 그것이 어느 정도의 힘인가 하면… 가물가물 경험치를 참고하면, 근력이 좋은 남성이 위 토크 렌치를 가지고 볼트를 매우! 힘껏 조이는 정도? 그러다가 실패? 자동차 휠 너트를 조이는 토크(=100Nm 대)의 두 배쯤?
● 가장 간단하고 직관적인…
흔한 매달림 저울처럼 생겼지만, 사용 각도가 자유롭다. 즉, 측정값이 그 각도에 영향을 받지 않음. 그래서 일반 저울과 다른 것.
● 사용 예시
1) 다음은 예전 글에서 가져온, 볼트 속성을 정의하는 ISO 898-1 스펙.
* 관련 글 : 커다란 육각 볼트와 오디오용 나사에 대하여
10.9 등급의 인장강도(Tensile Strength)가 1040MPa이므로 전단강도는 환산계수를 곱하여 약 600Mpa이다. 환산하면 1040N/mm^2이고. 평방 밀리미터의 평면에 1040 뉴턴의 힘이 가해지는 상황에서는 볼트가 끄떡없다는 것.
그 값을 Kgf 단위로 환산하면, 1040N/mm^2 ÷ 9.8N = 106.12Kgf/mm^2. 보통 철판과 철판을 볼트로 고정하게 되는데, 철판 두께(T, Thhickness)가 있으니… 그렇게 접촉면이 확장되면, 가해지는 힘이 분산되니까 전단강도 내성값은 한껏 커지게 될 것.
측정은,
예를 들어, (인장강도를 압축강도와 같다고 가정하고) Wagner Instruments 게이지를 가져다가 단단한 거치대에 고정하고 끝부분 면적이 1mm^2인 TIP을 달고 거치대의 무엇을 조정하여 꾹~ 누를 때의 값이 106.12Kgf/mm^를 초과하는지 확인. 그런데… 당연히 측정할 수 없을 것. 왜냐하면 106.12Kgf/mm^는 어마어마한 값이니까. 쉽게 생각해 보아도, Wagner Instruments 게이지의 한계를 훌쩍 넘어서니까.
역시, 아래와 같이 강력한 밀고 당기기 메커니즘이 구비된 검측 시스템이 있어야…
2) 경사면에서 달라지는 힘
45도 각도의 경사면이 있다고 하고 그곳에 질량 100Kg짜리 쇳덩어리를 올려 놓았다고 가정한다. 마찰이 0이라고 가정함. 그러면 힘의 배분이 달라지는데… 예를 들어, 경사로 방향으로 가해지는 힘(N) = Kg × 9.8 × Sine(Θ)이다.
(출처 : https://learninglab.rmit.edu.au/content/pf12-forces-slopes.html)
경사각이 15도이고 Mg 즉, 물체의 질량이 75Kg이라고 하면… 75Kg × 0.25881905 = 19.4Kgf.
“이 짜슥이, 엄살은…” 시지푸스 이야기에 각도 언급이 있었던가? 그는 작은 힘만 쓰면서, 덜렁거리기만 하는 설악산 흔들바위 같은 것을 부여잡고는 혼자 거대한 돌덩어리가 굴러가는 것을 막고 있었다고 뻥을 쳤는지도 모른다. 응?
3) 오디오 기기는 몇 단까지 쌓을 수 있을까?
먼저, 무게가 전달되는 수직 격벽으로부터 고무발이 조립되는 수평면까지, 항상 어떤 거리만큼 이격된다는 사실이 중요하다 이격 거리가 커지면 수평판 변형이 쉽게 일어나는 것은 상식.
철판 두께 1.067mm를 상정하고, 제조 비용을 고려하여 저탄소강을 쓴다고 가정한다. 경량급 턴테이블 10Kg, 튜너 5Kg, 프리앰프 7Kg, 파워앰프 20Kg을 순서대로 4단 적재했다고 가정한다. 파워앰프 밑 고무발이 감당하는 총무게는 약 40Kg이고 4개가 분담하니까 고무발 하나가 감당하는 무게는 10kg. 얼렁뚱땅 10Kgf로 보고, 뉴턴 단위로 환산하면, 980N.
저탄소강(AISI 1018) 굽힘강도는 370~500MPa. 메가 파스칼 환산은, 1Mpa=1N/mm^2이므로 최소 370N/mm^2이 된다. Kgf로는 370N/mm^2 ÷ 9.8 = 37.75Kgf/mm^2.
그런 어쩌고 저쩌고는 사람이 체감하기 어려운 것인데… 얼렁뚱땅 상상해 보면, 40Kg 정도인 질량의 뾰족한 물체를 수직방향으로 철판 위에 얹어 보았더니 어떤 반경의 영역 안에서 함몰 즉, 굽힘 변형이 일어난다는 뜻이다. 연성 고무발의 변형은 당연히 그전에 시작되었을 것이고. (무리하게 다단적재를 당한 빈티지 기기의 고무발을 보면, 형태가 변형된 것을 알 수 있음)
아무튼, 예시된 4단의 4배인 16단… 성인 두 명 몸무게에 해당하는 <160Kg@고무발 4개> 정도로 기기를 적재하고도 특별한 대책이 없다면, 맨 밑 철판에 사용자가 모르는 변형이 서서히 진행될 것이다. 고무발은 그전에 이미 뭉개졌을 터.
특단의 대책은, a) 사용자가 제 정신이라면 Rack을 쓸 것이라는 기대, b) 고무발 부착부 면적 때문에 그나마 무게 즉, 환산된 힘이 분산된다는 사실, c) 20Kg짜리 파워앰프 케이스 밑판 제작에, 손으로도 굽힐 수도 있을 1T짜리 연철판을 쓰지는 않을 것이라는 점, d) 고무발을 기기 밑판 중심부 쪽으로 배치하지는 않을 것이라는 당연한 기대, e) 파워앰프 쪽보다 덜 견고한 튜너를, 맨 밑에 깔지 않을 것이라는 당연한 기대, f) 얇은 철판의 저가형 기기가 아니라 매우 무겁고 두꺼운 철판을 쓴 미제 기기가 맨 밑에 있을 것이라는 기대 등이 있다.
마지막으로… 공간 활용도를 높이고 뽐내기에는 좋지만, 고무발과 수평 철판이 개고생하고 있을 다단 적재 예시를 등록해 둠. “사진 찍으려고 잠시… 그러셨겠지요?”
(▲ 왼쪽 열에 대해서, 평균 무게를 15Kg으로 잡고 7단이니까 100Kg쯤? 그것에 40년 시간을 곱하기. 그러면… 설마, 이런 식으로 적재하는 사람이 있을까? 출처 : kr.pinterest.com/pin/vintage-audio-equipment–132504414022333803/)
4) 테이프 텐션(Tension) 게이지
세 개 핀 사이에서 테이프를 주행시키기. Take-Up Wheel이나 Pinch Roller의 당기는 힘이 강하면 바늘이 오른쪽으로, 약하면 왼쪽으로. 이것도 역시… 힘을 측정하는 것이다.
(출처 : https://reverb.com/item/75246369-tentel-tape-tension-gauge-for-reel-to-reel-tape-decks-studer-ampex-pioneer-otari)
5) 전자식 침압계
거창하게 Pressure라고 했지만, 실은 지구 중력에 기반한 무게를 측정하는 저울. 이 도구에서만큼은 2g이 수직방향의 힘, 2gf와 같다.
* 관련 글 : Technics SH-50P1, 빈티지 전자 침압계
(내용 추가) 힘을 뜻하는 단어 Force가 들어갔는데… 단순한 <막대형 균형 저울>을 가지고 <Tracking Force>를 운운하는 것은 매우 엉뚱하다. 사실, 어떤 턴테이블이라도 동작 중 카트리지나 바늘의 좌우 흔들림 강도(=힘) 또는 흔들림에 대한 대응력 강도(=반대의 힘)을 실시간 측정할 방법은 없음. 그냥 침압 ≒ 추종성 또는 추종하는 힘으로 간주하는 것.
무게 추를 잘 맞춰도, LP 트랙 좌우의 Tracking Force에 물리적인 문제가 있어서… 여하한 기구적 오류 때문에 바늘이 한쪽으로 치우치는 경우도 있다. 요지는… 논리상 추종하려는 힘 ≠ 침압. 바늘의 정중앙 위치를 보면서 Anti-Skating Knob으로 조절할 수밖에. 물론, 그럴 수단이 있는 턴테이블이라면. (또는 테스트 LP로?)
