자석팽이
보이는 과학 : IN LAB 006
회전하는 물체는 자세를 유지하려는 성질을 가지고 있습니다.
회전하는 팽이는 이와 같은 성질, 즉 회전 운동 중인 물체가 그 자세를 유지하려는 성질 때문에 쉽게 넘어지지 않고 오랫동안 회전할 수 있습니다.
자석팽이를 활용하면 회전 속도, 회전체의 지름, 회전체의 무게가 자세를 유지하려는 성질에 어떤 영향을 미치는지 관찰할 수 있습니다.
자석팽이
자석팽이 실험 키트는 "자석팽이"로 검색하기면 구할 수 있습니다.
키트 구성 : 키트로 설명서, 아크릴원판, 가운데 구멍이 있는 원형자석, 고무패킹, 리벳, 고무링, 클립, 실리콘관, 원형으로 떼서 사용할 수 있는 양면테이프, 클립으로 구성되어 있습니다.
자석팽이 만드는 방법과 실험방법은 키트에서 제공되는 매뉴얼과 다릅니다. 자세한 내용은 티스토리에서 정리 중인 "자석팽이(리뷰)" 확인 부탁드립니다.
티스토리 "자석팽이(리뷰)" : 바로가기 링크
STEP 1. 간단한 자석팽이 만들기
(1) 리벳에 고무패킹을 끼워 간단한 팽이를 만들어 줍니다.
(2) 팽이를 돌려보고 관찰합니다.
(3) 자석에 원형의 양면테이프를 붙여 주고 팽이 위쪽에 끼워 줍니다.
(4) 고무링과 튜브를 끼워 자석을 고정시켜 줍니다.
(5) 팽이를 회전시켜 보고 잘 돌아가는지 확인합니다.
자석팽이 실험은 팽이 돌리는 기술이 필요합니다. 팽이를 돌려보는 과정을 반복적으로 진행하면서 자연스럽게 팽이 돌리를 기술이 숙달되도록 해야 합니다.
(6) 클립을 펴서 준비합니다.
클립을 필 때 펴진 클립의 모든 부분이 바닥에 닿아 있어야 합니다.
클립의 모양은 일자로 만들거나 구부러진 부분이 있거나 자유롭게 만들어도 됩니다.
(7) 팽이를 회전시키고 아래 부분에 펴진 클립을 밀어 넣어 봅니다.
팽이의 리벳은 위쪽에 끼워진 자석으로 인해 자화(자석의 성질을 띤 상태)된 상태입니다.
회전하는 팽이의 아래 부분에 클립을 밀어 넣으면 클립이 자화 된 리벳에 순간적으로 붙었다가 빠른 회전속도로 클립이 튕겨나갑니다.
STEP 2. 무거운 원판을 가지고 있는 자석팽이 만들기
(1) 아크릴 원판의 보호필름은 클립의 움직임 관찰을 용이하게 하기 위하여 앞면과 뒷면 모두 제거해 주고 스티커를 붙여 줍니다.
(2) 팽이에서 고무링과 튜브를 빼고 아크릴 원판을 추가한 후 다시 고무링과 튜브를 끼워 고정시켜 줍니다.
무거운 아크릴 원판이 고정되지 않으면 진동으로 팽이가 잘 돌지 않을 수 있습니다. 아크릴 원판을 원형 양면테이프에 잘 고정시키고, 팽이를 돌릴 때마다 고무링과 튜브가 잘 밀착되어 있는지 확인해야 합니다.
(3) 완성된 팽이를 돌려보고 관찰합니다.
(4) 팽이를 회전시키고 아래 부분에 펴진 클립을 밀어 넣고 관찰합니다.
보이는 과학
회전하는 물체는 자신의 자세를 유지하려는 성질을 가지고 있습니다.
회전하지 않는 팽이는 무게중심이 가장 낮은 위치로 이동하려는 성질 때문에 넘어져 기울어진 자세로 멈춰 있게 됩니다.
하지만 팽이를 회전시키면, 회전하는 물체가 자세를 유지하려는 성질 작용하여, 무게중심이 낮은 위치로 내려가려는 성질을 이겨내고 자세를 유지하며 회전할 수 있습니다.
회전하는 물체가 자세를 유지하려는 성질의 크기는 회전 속도, 회전체의 지름, 그리고 질량에 영향을 받습니다. 즉, 회전하는 물체는 회전 속도가 빠를수록, 지름이 클수록, 무게(질량)가 클수록 자세를 더 강하게 유지하려는 성질을 나타냅니다.
리벳과 고무패킹으로 만든 간단한 팽이는 회전체의 무게와 지름이 작기 때문에, 회전 속도가 빠를 때는 자세를 유지하며 잘 돌아가지만, 속도가 느려지면 곧바로 중심을 잃고 넘어집니다.
반면, 지름이 크고 무거운 아크릴 원판을 추가한 팽이는 회전 속도가 느려져도 자세를 유지하며 안정적으로 회전할 수 있습니다.
또한 비교적 느린 속도에서도 자화 된 클립이 튕겨 나가지 않고 리벳에 붙은 채로 반복적으로 이동하는 운동이 가능합니다.
자석팽이는 자석과 무거운 원판을 가지고 있는 팽이입니다. 그리고 자석과 접촉하는 팽이의 회전축은 자화가 가능한 철로 만들어진 리벳을 사용합니다. 팽이를 회전시키고 회전축의 아랫부분에 다양한 모양의 철사를 넣어 주면 철사가 자화 된 회전축을 따라 움직이는 현상을 관찰할 수 있습니다.
자화에 대한 현상 관찰을 단순하게 자석의 자기장 내에 있는 철에 철가루나 다른 철을 붙여 보며 관찰하는 일반적인 자화 실험보다는 좀 더 효과적으로 자화에 대한 현상을 관찰하는 콘텐츠로도 활용이 가능합니다.
Background 링크 바로가기 : 자이로스코프
좀 더 자세한 과학적 배경은 Background 링크를 확인해 주세요!!
