손으로 배우는 물리! 학생들을 사로잡는 DIY 이동도르래로 ‘일의 원리’ 정복하기
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.
과학 선생님들, 안녕하세요! 오늘은 학생들의 입에서 “오, 대박!” 소리가 절로 나오게 할, 주변에서 쉽게 구하는 재료로 만드는 움직도르래 실험 아이디어를 소개해 드립니다. 교과서로만 “움직도르래를 쓰면 힘이 절반이 된다”라고 설명했을 때, 학생들의 반응이 뜨뜻미지근했던 경험 있으시죠? 그도 그럴 것이, 교구 카탈로그에 있는 작은 도르래로는 100g, 200g짜리 추를 매달아 봐도 힘이 줄어드는 걸 몸으로 느끼기가 참 어렵거든요. 그렇다고 비싼 교구를 학생 수대로 다 사기엔 예산 문제도 만만치 않죠.
하지만 걱정 마세요! 이번에는 단돈 2,000원 정도로, 학생들이 “와, 진짜 가볍다!”라며 깜짝 놀랄 만큼 확실한 손맛(?)을 느낄 수 있는 대형 움직도르래 제작법을 알려드립니다. 이 교구를 활용하면 물리 수업이 훨씬 흥미진진해지고, 학생들의 이해도 쑥쑥 올라갈 것이라 확신합니다!
과학 레시피
이 실험의 핵심은 철물점에서 쉽게 구할 수 있는 의외의 아이템, 바로 문이나 창문에 다는 ‘호차(바퀴)’입니다. 두 개 세트에 약 3,500원 정도로 가격도 아주 착하답니다.
준비물
문이나 창문용 호차 (2개 세트 약 3,500원. 철물점이나 다이소 등에서 구매 가능)
그 외에 명주실(혹은 튼튼한 실), 페트병, 모래, 물을 준비했습니다.
만드는 법
① 바퀴의 위아래 확인하기
이쪽이 위쪽입니다.
② 움직도르래 만들기
추는 페트병에 모래와 물을 채워, 나중에 만들 움직도르래 무게까지 합쳐 총 1kg(10N)이 되도록 맞췄습니다. 무게감이 꽤 있어서 체감 효과가 확실하겠죠?
그럼 이제 본격적으로 움직도르래를 만들어 봅시다.
도르래 옆면에 있는 구멍으로 실을 통과시켜서,
단단히 묶어줍니다.
반대쪽 실 끝은 페트병 입구 부분에 묶습니다.
도르래가 수평을 유지할 수 있도록, 다른 한쪽 실도 균형 있게 묶어주세요.
마지막으로 도르래 바퀴 홈에 실을 걸어주면 끝입니다. 실 한쪽 끝을 스탠드 등에 고정하면 완성입니다!
실험 시작!
우선 비교 실험부터 해볼까요? 움직도르래를 쓰지 않고 페트병 추를 직접 용수철저울로 끌어올려 봅니다. 이번 무게는 약 1kg, 즉 중력은 약 10N입니다.
사진의 눈금을 보니 확실히 10N을 가리키고 있네요.
자, 이제 드디어 직접 만든 움직도르래를 사용할 차례입니다.
어떤가요? 용수철저울의 수치가 딱 절반인 5N이 되었습니다!
이 “힘이 절반이 된다”는 결과는 가만히 들여다보면 사실 당연한 원리예요. 왜냐하면 추의 무게를 여러분(용수철저울)과 반대쪽 실을 붙잡고 있는 ‘천장’이 둘이서 나눠 갖고 있기 때문이죠. 사진에서는 천장에 고정했지만, 학생들에게 한쪽 실 끝을 직접 잡게 해보세요. 그러면 “정말 힘을 반만 줘도 들어 올려지네!” 하는 일의 원리를 몸으로 직접 깨닫게 됩니다.
학생들이 한 명씩 체험해 볼 수 있을 만큼 충분한 양의 움직도르래를 준비한다면, 수업 이해도는 비약적으로 향상될 것입니다.
이 실험을 통해 “움직도르래는 힘을 절반으로 줄여주는 대신, 당기는 거리는 2배로 늘어난다”는 일의 원리의 핵심을 학생들이 생생하게 느끼게 해주세요!
일의 원리 측정 실험에 대한 더 자세한 내용은 아래 링크를 참고해 주세요.
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