이동도르래로 ‘일의 원리’를 몸으로 느껴보자! 클립으로 쉽게 하는 실험 비법
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험의 연속!
과학 시간의 단골 손님, ‘움직도르래’ 실험 기억하시나요? 이 실험은 움직도르래를 사용할 때와 사용하지 않을 때, 물체를 같은 높이까지 들어 올리는 데 필요한 ‘당기는 힘’과 ‘끌어올린 줄의 길이’가 어떻게 달라지는지 알아보는 활동입니다. 단순해 보이지만, 직접 해보면 “어라?” 싶은 포인트가 생기는 것이 바로 이 실험의 묘미죠.
그런데 이 실험, 사실 의외로 세심한 요령이 필요해서 학생들에게 정확한 측정법을 안내하기가 까다로운 면이 있습니다. 그래서 이번에는 클립을 활용해 누구나 쉽고 명확하게 결과를 얻을 수 있는 실험 꿀팁을 소개해 드리려 합니다. 동료 교사분들이나 과학에 관심 많은 분들께 도움이 되었으면 좋겠습니다!
준비물
• 움직도르래 (약 25g) • 연실 (약 50cm, 양 끝을 고리 모양으로 묶기) • 필름 통과 부력용 추 (큰 것 75g 2개 + 작은 것 25g 1개 = 총 175g 기준) • 스탠드 • 대나무 자 • 후크
움직도르래나 추의 무게가 꼭 이대로일 필요는 없습니다. 주변에서 적당한 물건을 준비해 주세요. 아래 사진처럼 세팅하면 됩니다.
이 정도면 준비 끝! 이제 본격적으로 실험을 시작해 볼까요? 도르래 사용 유무에 따른 미세한 차이를 측정하는 게 생각보다 쉽지 않을 수 있는데요. 이때 구원투수로 등장하는 아이템이 바로 ‘클립’입니다. 이 작은 소품이 얼마나 큰 역할을 하는지 직접 확인해 보세요!
실험 방법
먼저 도르래를 사용하지 않는 경우입니다.
추 아래에 움직도르래를 매달고 전체 무게를 잽니다. 포인트는 ‘도르래를 포함한 무게’를 측정하는 것입니다.
175g에 가까운 수치가 나오니, 대략 2.0N(뉴턴) 정도네요.
다음으로 바닥에서 10cm 높이까지 들어 올립니다. 스탠드에 미리 매직으로 10cm 지점을 표시해 두면 훨씬 편합니다.
이때 줄에 클립을 끼워 두고, 줄을 얼마나 끌어당겼는지 그 길이를 측정합니다.
당연한 결과겠지만 10cm가 나옵니다. 이 단계까지는 다 함께 워밍업으로 진행해도 좋습니다.
자, 그럼 움직도르래를 쓰면 어떻게 될까요?
이제 줄을 움직도르래에 통과시킨 뒤, 도르래라는 도구를 사용해 다시 무게를 잽니다. 이 부분은 학생들에게 방법을 알려주고 직접 해보게 하세요.
수치가 약 1.0N으로, 딱 절반이 되었습니다!
손으로 느껴지는 무게감이 확실히 가벼워진 걸 알 수 있습니다. 조별로 돌아가며 손맛(?)을 확인해 보는 시간을 가져보세요.
이어서 움직도르래를 이용해 추를 10cm 높이까지 들어 올립니다. 이번에도 줄에 클립을 끼워, 실제로 당긴 줄의 길이를 측정합니다.
추를 10cm 들어 올리기 위해 줄은 20cm나 끌어당겨야 했습니다. 이제 각각의 ‘일의 양’을 계산해 볼까요?
도르래를 안 썼을 때: W = Fx = 2.0N × 0.10m = 0.20J
움직도르래를 썼을 때: W = Fx = 1.0N × 0.20m = 0.20J
결과는 같습니다! 도구를 쓰든 안 쓰든 우리가 한 일의 양은 변하지 않는다는 ‘일의 원리’를 명확하게 확인할 수 있습니다.
실험이라는 게 아주 작은 아이디어 하나로 훨씬 쉽고 정확해지기 마련입니다. 클립이라는 친숙한 도구를 활용해 실험 성공률을 쑥쑥 높여보세요! 선생님께도, 학생들에게도 즐거운 배움의 시간이 되길 바랍니다. 수업 때 바로 쓰실 수 있는 설명용 슬라이드도 준비했으니 유용하게 활용해 주세요.
수제 움직도르래 만드는 법은 아래 링크를 참고해 주세요.
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