운전 중에 자동차 타이어가 파열되면 운전자는 타이어를 교체하기 위해 차를 정지시킵니다. 이때 자동차를 들어야 하는데, 소형 자동차는 대략 1톤, 대형 트럭은 여러 톤의 무게를 가지고 있어서 사람만으로는 들어올릴 수가 없습니다. 하지만 운전자는 자동차의 도구함에서 자크(jacks)를 꺼내어 쉽게 차를 들어올립니다. 작은 자크가 어떻게 그렇게 강력할 수 있는 걸까요? 그것은 어떤 원리로 작동하는 걸까요?
무게를 수직으로 들어올리는 힘은 그 물체에 작용하는 중력과 같거나 더 커야 합니다. 하지만 무게를 경사면으로 올리는 경우에는 필요한 힘이 훨씬 적습니다. 경사면의 기울기가 작을수록 경사면과 물체 사이의 마찰력이 적어지고 필요한 힘이 더 적습니다. 따라서 트럭에 무거운 물건을 실을 때는 종종 트럭 뒤에 경사면을 설치하고 경사면을 따라 트럭으로 이동하는 것이 훨씬 쉽습니다. 그렇다면 경사면을 따라 무게를 올리는 동안 손을 놓으면 무게가 경사면을 따라 미끄러질 수 있나요? 그렇다면 모든 노력이 물거리가 되는 거 아니겠나요? 만약 경사면이 더 가파르다면 이러한 상황이 완전히 가능합니다. 하지만 경사면의 기울기가 작으면 무게와 경사면 사이의 마찰력이 무게를 내려오게 하고 추진력 없이 무게가 내려오지 않습니다. 이것은 '자동 잠금' 이라고 불리며, 이 원리는 실생활에서도 많이 쓰입니다. 예를 들면 터널 지지 작업에서 쐐를 사용하여 지지 용량을 만들기도 합니다. 쐐를 설치한 후 자동 잠금 조건을 만족하면 지지 용량이 쐐의 경사면을 따라 미끄러지지 않습니다. 경사면을 만들려면 큰 공간이 필요하지만, 실생활이나 공사장에서는 이러한 조건이 종종 없습니다. 우리는 경사면을 수직 축 주변에 감아두어 나선형 표면을 만들 수 있는데, 이는 대부분의 건물에 있는 나선형 계단과 같습니다. 우리가 흔히 보는 나사는 이러한 나선형 표면입니다. 물론 나사의 경사각도 자동 잠금 조건을 만족해야 합니다. 볼트가 너트 안에서 회전할 때, 사실 무게가 경사면을 따라 미끄러지는 것입니다. 그러나 추진력은 모멘트에 의해 대체되었습니다. 자크의 구조는 감아진 경사면과 같습니다. 그것의 베이스는 큰 너트이고 로드 스틱은 볼트입니다. 로드 스틱은 긴 핸들과 연결되어 있고, 이때 우리는 물리학의 레버 원리를 사용합니다. 우리가 핸들의 양쪽 끝을 회전시키면, 적은 모멘트로 로드 스틱을 회전시키고 상부에 큰 리프트 포스를 발생시킵니다. 자크는 여러 가지 형태로 있지만, 작동 원리는 기본적으로 같습니다. 또 다른 유압 자크는 유압 전달 원리를 사용합니다.