두 개의 무게추를 가진 오뚝이
보이는 과학 : IN LAB 002
이동이 가능한 자석을 이용해서 오뚝이를 만들면 무게중심의 위치를 이동시켜 줄 수 있습니다.
무게중심의 위치가 변하면 오뚝이의 자세도 변합니다.
오뚝이의 아랫부분에 자석을 고정시키고 이동이 가능한 자석을 추가해 주면 무게중심의 위치에 따른 오뚝이의 자세변화와 복원력의 크기를 관찰할 수 있는 오뚝이를 만들어 줄 수 있습니다.
꼬꼬 오뚝이
꼬꼬 오뚝이는 귀엽고 간단한 오뚝이 만들기 키트입니다. "꼬꼬 오뚝이"로 검색하시면 쉽게 구할 수 있습니다.
키트 구성 : 꼬꼬 오뚝이는 키트는 EVA 바디 2개, 삼각 EVA 3개, 자석 2개씩 5인용으로 구성되어 있습니다.
(1) EVA 바디에는 접착제가 발라져 있는 면이 있고 보호지로 덮여 있습니다. 보호지를 떼어내고 삼각 EVA 3개를 붙여주고 자석은 2개를 겹쳐서 붙여 줍니다. 자석을 붙일 때 너무 아랫부분에 딱 맞추는 거보다는 아랫부분에서 1에서 2mm 정도 위쪽으로 붙이는 게 좋습니다.
(2) 다른 EVA 바디로 덮어 붙여 줍니다.
(3) 눈, 코, 입을 그리거나 색 펜으로 꾸며 주면 완성입니다. 완성된 오뚝이는 아랫부분에 자석이 들어 있으므로 책상 위에 놓고 클립 등을 붙여 놓는 용도로도 사용이 가능할 거 같습니다.
두 개의 무게추를 가진 오뚝이
꼬꼬 오뚝이 키트를 이용하여 두 개의 무게추를 가지고 있는 오뚝이를 만들어 보고 자세변화를 관찰해 보겠습니다.
꼬꼬 오뚝이 키트/5인용에는 자석이 10개 들어 있고, 두 개의 무게추를 가지고 있는 오뚝이 1개에는 자석이 6개와 필요합니다. 여러 개를 만들 경우 자석이 추가로 필요하고 자석을 추가로 준비해야 합니다. 그리고 EVA 바디 고정에 실핀이나 압정 등이 필요합니다.
(1) EVA 바디 접착면에 삼각 EVA 2개를 붙여주고 자석은 2개를 겹쳐서 붙여 줍니다.
(2) 다른 EVA 바디는 접착제 보호지를 떼지 말고 접착제 보호지가 안쪽으로 향하게 해서 덮어 줍니다. 삼각 EVA가 있는 부분은 진주 실핀 등을 이용하여 고정시켜 줍니다. 진주 실핀을 이용하는 경우 끝까지 밀어 넣으면 실핀이 좀 길어서 반대쪽으로 뾰족한 끝이 나와서 위험할 수 있습니다. 조금 덜 밀어 넣어 고정시킵니다. 길이가 짧은 압정을 사용하면 안전합니다. 아랫부분은 고정된 자석에 앞뒤로 2개의 자석을 자석의 힘을 이용하여 붙여 주고 고정시킵니다.
(3) 자석 2개를 겹친 후 오뚝이의 아래쪽에 고정된 자석과 서로 밀어내는 방향을 찾습니다. 고정된 자석과 잡아당기는 방향으로 오뚝이 안에 넣으면 실험 중 자석이 이동하다가 고정된 자석과 붙어 버리는 현상이 생깁니다. 오뚝이 안에 자석과 밀어내는 방향을 찾고 방향을 유지한 채 넣어주는 것이 중요합니다.
(4) 방향을 유지하고 자석의 힘을 이용하여 오뚝이의 머리 부분에 넣어 줍니다.
(5) 머리 부분 자석의 바깥쪽 자석을 이동시켜 자석을 아랫부분으로 이동시킵니다.
(6) 무게중심의 위치를 이동시킬 수 있는 오뚝이가 완성되었습니다. 완성된 오뚝이는 위쪽 자석을 이동시키면 오뚝이의 무게 중심 위치가 이동하면서 기울기와 복원되는 속도가 바뀝니다.
(7) 자석을 위쪽방향으로 수직으로 이동시키고 움직임을 관찰합니다. 오뚝이의 움직임이 조금 느려진 것을 볼 수 있습니다. 오뚝이의 자세는 그대로 유지하고 있습니다.
자석을 위쪽으로 이동시키면 오뚝이의 무게 중심도 위쪽으로 이동하게 되고 무게 중심의 위치가 지면에서 멀어지게 됩니다. 오뚝이의 무게 중심 위치가 지면에서 멀어지면 복원력이 약해져 복원되는 속도가 느려집니다.
오뚝이의 무게중심 위치는 지면에서 멀어졌지만 오뚝이 중앙의 수직선에 위치해 있기 때문에 자세의 변화는 없습니다.
(8) 이번에는 위쪽 자석을 옆으로 이동시켜 봅니다. 오뚝이의 무게중심이 중앙의 수직선상에서 벗어났기 때문에 무게중심이 이동한 쪽으로 자세가 기울어진 상태를 유지하려 합니다.
(9) 위쪽 자석을 아래쪽으로 이동시켜 봅니다. 오뚝이가 기울어진 상태를 유지하려고 하며 복원 속도가 빨라졌습니다.
보이는 과학
EVA 몸체는 자석에 비해 상대적으로 가벼우므로 무게가 무게중심의 위치에 영향을 주지 않는다고 가정하면 고정된 자석은 4개이고 이동하는 자석은 2개입니다. 무게의 비율이 2:1이므로 두 위치의 자석을 잇는 가상의 선에서 무게중심은 고정된 자석에서 1만큼, 이동하는 자석에서 2만큼 떨어져 있는 위치에 있습니다. 오뚝이에서 무게중심은 항상 지면에서 가장 낮은 위치로 이동하려는 성질을 가지고 있습니다. 따라서 오뚝이가 지면과 접촉한 점에서 지면과 수직으로 선을 그었을 때 두 자석의 중앙을 잇는 가상의 선과 만나는 점이 오뚝이의 무게중심이 됩니다.
즉, 자석의 이동을 통하여 오뚝이의 무게중심 위치를 변화시키면 무게중심이 항상 지면에서 가장 낮은 위치로 이동하려는 오뚝이의 성질에 의해 오뚝이는 기울어진 자세를 유지하려고 합니다.
