비 스피 2대로 물리 법칙을 눈으로 보다! 운동 방정식을 시각화하는 놀라운 실험
과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험의 연속이죠.
우리 주변에서 일어나는 모든 움직임 속에 사실 단 하나의 심플한 법칙이 숨겨져 있다는 사실, 알고 계셨나요? 무거운 짐을 밀 때 느껴지는 묵직함이나 자전거를 타고 언덕을 내려갈 때의 짜릿한 가속감 같은 것들 말이죠. 이런 현상들을 수학의 언어로 명쾌하게 풀어낸 것이 바로 뉴턴의 제2법칙, 즉 운동 방정식입니다. 오늘은 교실에서 쉽게 볼 수 있는 도구들을 활용해 이 우주의 기본 규칙을 증명하는 흥미로운 실험을 소개해 드릴게요.스피드메이터 2대가 일으키는 마법과학 실험 시간의 단골손님인 속도 측정기 비피(Bee-Spi)를 준비합니다.
보통은 통과하는 물체의 속도를 측정하는 용도로 쓰이지만, 사실 이걸 2대 나란히 놓으면 물체의 속도가 얼마나 빨라지는지를 나타내는 가속도를 정확하게 계산해낼 수 있습니다.방법은 아주 간단합니다. 두 대의 비피 사이 거리를 미리 재서 고정해두고, 수레 끝에 나무젓가락을 하나 붙여줍니다. 이 나무젓가락이 두 대의 비피를 차례로 통과하게 만드는 것이죠. 그러면 첫 번째 비피에서 처음 속도가, 두 번째 비피에서 나중 속도가 측정됩니다. 여기서부터 물리학의 묘미가 시작되는데요, 바로 이 식에 대입하면 됩니다.
눈에는 보이지 않는 가속도 값을 계산으로 깔끔하게 찾아낼 수 있는 것이죠. 실제 실험 모습은 아래 영상을 확인해 보세요.https://youtu.be/OB0IqXNKz9A일정한 힘이라는 난관에 도전하기이 실험에서 가장 까다로운 부분은 수레를 처음부터 끝까지 똑같은 힘으로 계속 당겨야 한다는 점입니다. 손으로 당기다 보면 아무래도 힘 조절이 들쑥날쑥해져서 정확한 데이터를 얻기가 힘들거든요. 그래서 이번에는 전문가용 도구인 야가미의 정력 장치를 사용했습니다. 이 장치를 쓰면 실험 내내 일정한 힘을 유지하며 당길 수 있습니다.
이런 세심한 노력이 더해져야 비로소 자연계의 아름다운 법칙이 그 모습을 드러냅니다.그래프에 나타나는 우주의 룰실험에서는 수레에 추를 더 얹어서 질량을 바꿔보기도 하고, 당기는 힘의 세기를 조절하며 반복해서 데이터를 수집합니다. 이렇게 얻은 수치들을 그래프로 옮겨보면 놀라울 정도로 예쁜 관계가 나타납니다.
a = k F / m
즉, 가속되는 정도는 힘에 비례하고 무게(질량)에는 반비례한다는 의미입니다. 17세기에 뉴턴이 발견한 이 $$ma = F$$라는 방정식은 오늘날 로켓을 달로 쏘아 올리거나 자율주행 자동차의 브레이크를 제어하는 데에도 쓰이고 있습니다. 나무젓가락과 속도 측정기라는 소박한 도구가 우주를 지배하는 거대한 법칙으로 연결된다는 것, 생각만 해도 과학실 실험이 조금 더 설레지 않나요?문의 및 의뢰 안내과학의 신비로움과 즐거움을 더 가깝게! 집에서도 할 수 있는 재미있는 과학 실험과 그 노하우를 알기 쉽게 정리하고 있습니다. 궁금한 점은 언제든 검색해 보세요!과학의 소재 수첩이 책으로 출간되었습니다. 자세한 내용은 여기에서 확인하세요.운영자 쿠와코 켄에 대한 소개는 여기를 클릭해 주세요.각종 의뢰(집필, 강연, 실험 교실, TV 자문 및 출연 등)는 여기로 부탁드립니다.– 최신 소식은 X(구 트위터)에서 확인하실 수 있습니다!
과학의 소재 채널에서 생생한 실험 영상을 만나보세요!
２月のイチオシ実験！梱包材で遊ぼう！
- 静電気の時期になってきました。子供と一緒に梱包材で盛り上がろう！→ やめられなくなる！静電気実験２０
体中に梱包材をはりつけてみよう！
テレビ番組等・科学監修等のお知らせ
- 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
書籍のお知らせ
- 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
- サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師等・ショー・その他お知らせ
- 2/20（金）「生徒の進学希望実現支援事業」研究授業＠福井県立若狭高等学校 講師
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③ 11:20-12:20
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） サイエンスショー予定
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
