회전하는 물체 (자석팽이)
즐거운 과학 : OUT LAB 004
▏자석팽이 ▏
⇨ 회전하는 물체는 자세를 유지하려는 성질을 가지고 있습니다
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실험 내용 :
회전하는 물체의 자세를 유지하려는 힘
실험 세분화 :
간단한 팽이 무게중심 위치 변화시키고 회전 관찰하기
자석팽이 만들기
무거운 원판을 가지고 있는 팽이 만들고 회전과 클립 관찰하기
측정과 관찰 :
간단한 팽이와 무거운 원판을 가지고 있는 팽이의 회전 관찰하기
Drop&Drop (기술의 숙달, 재현성) :
기술의 숙달 : 팽이 돌리는 기술
기록 :
산출물로 대체
기록이 필요하다면 무거운 원판을 가지고 있는 팽이의 구조와 클립의 운동을 스케치와 함께 기록
실험실안전 :
뾰족한 리벳 조심하기
무게중심이 위쪽에 있는 팽이
무게중심이 아래쪽에 있는 팽이활동 : 간단한 팽이 무게중심 위치 변화시키고 회전 관찰하기
활동지도 : 리벳의 위쪽에서 고무패킹을 끼워 넣고 무게중심이 위쪽에 있는 팽이를 만들어 회전시키고 관찰하도록 지도합니다.
tip : 참가자들이 뾰족한 리벳을 가지고 장난을 치지 않도록 주의를 줍니다.
tip : 무게중심이 아래쪽에 있는 팽이 만드는 데 사용한 고무패킹은 구멍이 커져 무게중심이 아래쪽에 있는 팽이를 만들 경우 고무패킹이 리벳에 고정되지 못합니다. 반드시 무게중심이 위쪽에 있는 팽이부터 만들고 회전시켜 보도록 운영합니다.
tip : 팽이를 이용하여 회전하는 물체의 자세를 유지하려는 성질을 관찰하는 실험은 팽이를 돌리는 기술이 재현성에 가장 큰 영향을 줍니다. 각 단계마다 참가자들이 반복해서 팽이를 돌리도록 지도하여 자연스럽게 팽이를 돌리는 기술을 습득하도록 지도합니다.
활동지도 : 리벳의 아래쪽에서 고무패킹을 끼워 넣고 무게중심이 아래쪽에 있는 팽이를 만들어 회전시키고 관찰하도록 지도합니다.
tip : 무게중심이 아래쪽에 있는 팽이는 돌리는 기술이 조금 부족하더라고 무게중심이 위쪽에 있는 팽이보다 수월하게 자세를 유지하며 회전합니다.
정보제공
무게중심이 위쪽에 있는 팽이는 회전속도가 매우 빠르게 유지되어야 팽이가 자세를 유지하며 회전할 수 있습니다.
무게중심이 아래쪽에 있는 팽이는 상대적으로 회전속도가 조금 부족해도 자세를 유지하며 회전할 수 있습니다.
강사가 처음 무게중심이 위쪽에 있는 팽이와 아래쪽에 있는 팽이를 같이 보여주며 참가자들이 두 팽이의 무게중심 차이를 이해하도록 설명해 줍니다.
tip : 참가자들의 팽이 돌리는 기술 습득이 충분하다고 판단되면 다음 단계를 진행합니다.
활동 : 자석팽이 만들기
활동지도 : 무게중심이 아래쪽에 있는 팽이의 위쪽에 자석을 끼워 넣고 고무링과 고무관을 이용해 고정하도록 지도합니다.
활동지도 : 팽이를 돌려보고 관찰하도록 지도합니다.
정보제공
팽이에 자석을 추가하면 회전체의 무게가 늘어나 초기 회전속도를 유지하려는 관성이 상대적으로 커집니다.
관성이 커지면 팽이는 초기 회전속도를 더 오래 유지하면 안정적으로 회전합니다.
tip : 자석이 단단하게 고정되지 않으면 팽이가 안정적으로 회전하지 못합니다. 참가자들이 팽이를 회전시키고 관찰하는 동안 강사는 참가자들 팽이의 자석이 단단하게 고정되었는지 확인하고 필요하다면 고무링과 고무관을 끝까지 밀어 넣어 보완해 줍니다.
tip : 참가자들이 팽이를 관찰하는 동안 참가자들 팽이의 자석이 단단하게 고정되었는지 모두 확인이 되면 다음 단계를 진행합니다.
활동지도 : 클립을 나누어 주고 클립을 펴서 다양한 모양을 만들도록 지도합니다.
tip : 클립을 펴서 모양을 만들 때 클립의 모든 부분이 바닥에 닿아 있어야 합니다. 참가자들이 만들 클립을 확인하고 필요하면 수정해 줍니다.
활동지도 : 만들어진 클립을 팽이의 아랫부분으로 가져가 자화된 리벳에 클립이 붙는지 확인합니다.
활동지도 : 팽이를 회전시키고 회전하는 팽이의 아래분분에 클립을 밀어 넣고 관찰합니다.
tip : 회전하는 자석팽이의 아래분분에 클립을 밀어 넣으면 자회된 리벳의 아래분분에 클립이 붙었다가 팽이의 빠른 회전속도 때문에 클립이 튕겨나가는 현상을 관찰할 수 있습니다.
tip : 참가자들이 회전하는 자석팽이의 아래분분에 클립이 붙었다가 튕겨 나가는 현상을 관찰하고 나면 다음 단계를 진행합니다.
활동 : 자석팽이 만들기
활동지도 : 자석팽이의 위쪽에 무거운 원판을 끼워 넣고 고정한 후 회전시켜 보도록 지도합니다.
tip : 자석과 원판이 단단하게 고정되지 않으면 팽이가 안정적으로 회전하지 못합니다. 참가자들이 팽이를 회전시키고 관찰하는 동안 강사는 참가자들 팽이의 자석과 원판이 단단하게 고정되었는지 확인하고 필요하다면 고무링과 고무관을 끝까지 밀어 넣어 보완해 줍니다.
활동지도 : 팽이를 회전시키고 회전하는 팽이의 아래분분에 클립을 밀어 넣고 관찰합니다.
tip : 펴진 클립의 모든 부분이 바닥에 닿아 있지 않으면 클립이 팽이의 회전을 따라 운동하지 못하고 자석에 붙는 현상이 발생합니다. 클립의 운동이 안정하게 운동하지 못하면 클립의 모든 부분이 바닥에 닿아 있는지 확인합니다.
정보제공
자석에 붙는 철로 만들어진 리벳으로 팽이를 만들고, 여기에 자석을 추가하면 리벳이 자화 되어 철을 끌어당깁니다.
자석팽이를 회전시키고 아랫부분에 자석에 붙는 클립을 펴서 밀어 넣어 주면, 펴진 클립은 팽이의 회전을 따라 좌우로 운동하게 됩니다.
원판이 없는 자석팽이는 빠른 회전속도로 클립이 튕겨나가지만, 원판을 가지고 있는 자석팽이는 회전속도가 가 느리기 때문에 클립이 튕겨나가지 않고 안정적으로 운동할 수 있습니다.
정보제공
팽이의 무게중심이 위쪽에 있는 팽이는 자세를 유지하며 안정적으로 회전하기 힘들지만 회전속도가 빠르면 자세를 유지하며 회전하는 것이 가능합니다.
팽이의 무게중은 아래쪽에 있을 때 더 안정적으로 자세를 유지하며 회전할 수 있습니다.
팽이의 무게가 커지면 초기속도를 유지하려는 관성이 커져 더 오래 자세를 유지하며 회전할 수 있습니다.
무거운 원판을 추가하여 팽이의 무게를 늘려주고 팽이의 지름을 크게 해 주면 회전속도가 느려도 자세를 유지하며 회전할 수 있습니다.
tip : 무거운 원판을 가지고 있는 자석팽이는 회전속도가 느려도 자세를 유지하며 회전이 가능하지만 무게가 무거워 실험 전에 팽이 돌리는 기술을 충분하게 습득하지 못하면 회전시키기 어렵습니다.
tip : 참가자들이 실험의 각 단계마다 반복적으로 팽이를 돌려보도록 유도하여 자연스럽게 팽이 돌리는 기술을 습득하도록 지도합니다.
