종이컵 자이로 로켓으로 느끼는 자이로 효과의 놀라움! 심오한 과학 공작의 세계
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일 실험입니다.
달리고 있는 자전거는 왜 넘어지지 않을까요? 던진 팽이는 왜 쓰러지지 않고 계속 회전할까요? 그 비밀은 바로 ‘자이로 효과’에 숨어 있습니다. 자이로 효과란, “회전하고 있는 물체는 자신의 회전 방향(축)을 계속 유지하려고 한다”는 아주 신기하고 재미있는 성질입니다.
“이 신기한 느낌을 좀 더 간단하게, 직접 만들어서 재현할 수는 없을까……?”
그 생각은 몇 년 동안 제 머릿속 한구석에 계속 자리 잡고 있었습니다. 그러던 어느 날, 드디어 그 답을 전혀 예상하지 못했던 곳에서 만나게 되었습니다! 바로 코모리 에이지 선생님의 실험 강사 양성 강좌에서였습니다. 그곳에서 배운 것은 얼핏 보면 평범하기 그지없는 ‘종이컵 로켓’이었습니다. 만드는 방법을 소개해 보겠습니다.
준비물
종이컵 2개, 니퍼, 가위, 고무줄 1개
발사대 만들기
먼저 종이컵 바닥에 칼집을 여러 군데 내줍니다. 바닥은 단단하기 때문에 니퍼를 사용하면 편합니다.
다음으로 가위를 사용해 아래 사진처럼 잘라냅니다.
이것으로 발사대가 완성되었습니다.
이제 로켓 부분을 만들어 보겠습니다. 가위로 다음과 같이 칼집을 낸 뒤,
고무줄을 X자 모양으로 걸어줍니다.
완성입니다. 여기에 멋지게 디자인까지 해주면 더욱 좋겠죠.
가지고 노는 방법은 아주 간단합니다. 발사대 위에서 로켓을 아래쪽으로 꾹 눌러줍니다. 이렇게 하면 고무줄이 늘어납니다.
손을 놓으면 발사됩니다.
하지만 그냥 평범하게 날리기만 하면 로켓은 금세 균형을 잃고, 빙글빙글 마구 회전하면서 바닥으로 떨어지고 맙니다.
이대로라면 그저 ‘날아가는 종이컵’일 뿐입니다. 자세가 무너져 버립니다.
여기서 마법 같은 한 가지 비법! ‘비틀기’를 더해보자!
바로 그때 코모리 선생님께서 마법 같은 한마디를 알려주셨습니다. “날리기 전에 로켓을 살짝 ‘비틀어서’ 발사해 보세요.” 방법은 간단합니다. 로켓을 발사대에 끼울 때 힘껏 눌러주면서 살짝(약 45도 정도) 비틀어 주기만 하면 됩니다. 정말 이것뿐인데, 로켓의 비행 모습이 극적으로 달라집니다.
발사되는 순간, 로켓은 아름다운 나선형 회전을 시작합니다. 마치 중심에 단단한 축이 생긴 것처럼, 곧고 안정된 궤도로 “스ーーーー!” 하고 날아갑니다!
살짝 비틀어 주었을 뿐인데, 놀라울 정도로 안정적인 비행!
이것이 바로 제가 그토록 찾아 헤매던, 손으로 직접 만들어 볼 수 있는 자이로 효과입니다! 설마 이렇게 가까운 곳에서 쉽게 만들 수 있는 장난감 속에 우주선과 똑같은 자세 제어의 원리가 숨어 있을 줄이야! 럭비공을 아름답게 회전시키며 던지면 곧게 날아가는 것도, 라이플 총알이 총열 내부의 나선형 홈을 따라 회전하면서 멀리 곧게 날아가는 것도 모두 자이로 효과 덕분입니다.
우리 주변에서 즐기는 간단한 과학 놀이는 대학에서 배우는 수준의 고급 물리 법칙은 물론, 우주 개발 기술로까지 이어지는 거대한 세계의 입구입니다. 과학 놀이는 정말 재미있네요!
제가 사랑하는 최강의 자이로 장난감 ‘자이로 도라’
저는 자이로 효과를 직접 몸으로 느낄 수 있는 장난감을 정말 좋아합니다. 옛날부터 유명한 지구 팽이도 몇 개 가지고 있지만, 그중에서도 가장 추천하고 싶은 것은 바로 도라에몽 모양의 ‘자이로 도라’입니다.
수업에서 보여주기 위해 제 돈으로 계속 추가 구매하다 보니, 어느덧 3대째입니다. 가격이 조금 있는 편이지만, 그만한 가치가 충분히 있습니다.
이 자이로 도라의 대단한 점은 바로 크기와 파워입니다. 내부에 들어 있는 커다란 팽이(자이로스코프)를 힘차게 회전시키면, 마치 도라에몽 스스로 의지를 가진 것처럼 신기한 힘이 나타납니다.
회전시킨 자이로 도라를 학생에게 건네주면, 학생의 팔이 전혀 예상하지 못한 방향으로 휙 끌려가고, 모두가 대흥분! 저 역시 몇 번을 해봐도 이 기묘하고 신기한 힘에는 늘 놀라곤 합니다.
축을 기울인 채 손을 놓아도 자이로 효과가 중력에 맞서면서 도라에몽은 쓰러지지 않습니다. 이 순간의 놀라움은 아이부터 어른까지 누구나 눈을 반짝이게 만드는 특별한 경험입니다.
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