막대를 이용하여 작은 힘을 큰 힘으로 바꾸는 장치를 지레라 한다. 지레에는 막대한 한 점을 물체로 받쳐 고정시켜 놓는 받침점, 지레에 힘을 가하는 힘점, 지레가 다른 물체에 힘을 미치는 작용점(일점)의 3가지 중요한 점이 있다.

지레는 힘의 모멘트의 원리를 이용한 것이다. '힘의 모멘트'란 물체의 무게와 받침점에서 물체까지의 거리의 곱을 의미하는데, 지렛대가 수평이 되기 위해서는 받침점 양쪽의 힘의 모멘트가 같아야 한다. 따라서 받침점에서 가까운 곳에 있는 데에 큰 힘이 작용하더라도 받침점에서 더 먼 곳에 있는 데에 작은 힘을 작용시키면 지렛대는 수평을 유지할 수 있다.

그러므로 힘점에 작은 힘을 들이고, 작용점에 보다 큰 힘을 내게 하기 위하여는 받침점을 되도록 작용점에 가까운 곳에 정해야 한다.

지레는 다음과 같은 관계가 성립할 때 평형이 된다



즉, 이다.

W : 물체의 무게    F : 힘

 

l₁ : 받침점에서 힘점까지의 거리

 

l₂ : 받침점에서 작용점까지의 거리

 


그러므로 지레로 W를 드는 힘의 크기 F는 l₁과 l₂와의 거리와 관계가 있다. 즉, l₁>l₂ 때는 이 되므로 드는 힘 F는 W보다 작고   때는이 되므로 F는 W와 같고, l₁>l₂ 때는 이 되므로 드는 힘 F는 W보다 크다.

지레의 움직이는 거리

받침점에서 물체가 놓인 곳까지의 거리보다 받침점에서 힘을 주는 곳까지의 거리가 길 때에는 물체를 작은 힘으로 들어 올릴 수 있는 대신 움직여야 할 거리는 길어진다.

반대로, 받침점에서 물체가 놓인 곳까지의 거리보다 받침점에서 힘을 주는 곳까지의 거리가 짧을 때에는 큰 힘을 주어야 물체를 들어 올릴 수 있는 대신 움직여야 할 거리는 짧아진다. 대개는 지레를 이용을 힘의 이득을 보지만, 가위와 같이 거리의 이득을 보는 것도 있다.

지레의 역사

오늘날에도 건축이나 토목 공사에 이용되고 있는 지레를 인류가 처음 이용하기 시작한 것은 아주 오래 전의 일로, 고대 이집트에서 피라미드를 축조할 때에도 널리 사용되었다고 한다.

이러한 지레의 원리를 처음 역학적으로 설명한 사람은 기원전 250년경, 그리스의 아르키메데스라고 한다

고대 그리스 최대의 수학자 아르키메데스는 지레의 원리를 이용하는 데에도 뛰어난 재능을 가지고 있었다.

일찍이 지렛대의 반비례 법칙을 발견한 그는 시라쿠사의 왕 히에론에게 긴 지렛대와 지렛목만 있으면 지구도 움직일 수 있다고 장담하였다. 왕이 해변 모래톱에 올려놓은 군함에 병사들을 가득태우고 이것을 물에 뛰우라고 명령하자 아르키메데스는 지렛대를 응용한 도르레를 사용하여 이를 쉽게 해결하였다.   

 

지레의 이용

지레의 원리를 이용하여 긴 막대와 받침을 사용하면 무거운 물건이라도 쉽게 들 수 가 있다. 아르키메데스가 "긴 막대와 받침만 있으면 지구라도 움직여 보이겠다."고 한 것도 지레의 원리를 생각한 때문이다.

지레의 원리를 이용한 편리한 도구로는 펜치, 가위, 병따개, 핀셋 등이 있다.