실험으로 함께하는  발명놀이

                                                         강성기 지음 / 도서출판 바른사


제 4 장   한 가지만 응용해도 

 


▶  못  위에 올라서다

  가끔씩 TV 마술 쇼 등에서 사람이 달걀 위에 올라서거나 전구 위를 맨발로 걷는 장면 등을 볼 수 있습니다.

  그 묘기는 눈속임이 아니라 압력을 받는 면적을 넓혀 압력의 세기를 줄이는 과학의 원리를 이용한 것이랍니다. 우리도 직접 못 위에 올라서는 방법을 연구하여 실제 올라서 봅시다.

필요한 것은

풍선 5∼6개, 넓은 합판(70cm×70cm), 나무판 2장 (30cm×30cm), 전구 4개, 소켓 4개, 드라이버, 나사못 3cm 길이의 못 700∼800개, 망치, 모눈 종이

  [풍선 위에 올라서다]
       

어떻게 할까요

1. 1개의 풍선을 입으로 불어 주둥이를 꽉 맨다.

2. 풍선 위에 발을 살며시 놓고 올라서 보자(풍선이 '펑' 하고 터진다).

3. 4개의 풍선을 입으로 불어 주둥이를 꽉 맨다.

4. 밑에 신문지를 깔고 네 개의 풍선을 고정시킨다.

5. 판지를 올려놓고 양쪽에 두 사람의 어깨를 잡고 살며시 올라 서보자(이때 네 개의 풍선의 크기는 비슷해야 함. 바닥에 신문지나 깨끗한 판지를 깔아 작은 돌멩이나 모래 등이 풍선을 터지게 하는 것을 예방한다).

 

  [전구 위에 올라서기]

어떻게 할까요

      

1. 나무판의 네 귀퉁이에 드라이버와 나사못을 이용하여 소켓을 고정시킨다.

2. 고정시킨 네 개의 소켓에 네 개의 전구를 끼운다.

3. 전구를 끼운 나무판에 또 하나의 나무판을 올려 놓는다.

4. 조심스럽게 한발을 올리고, 또 한 발을 올려 두 발로 일어서 보자(나무판에 고정된 전구 소켓이 완전하게 고정되어 있어야 하며, 소켓에 끼운 전구의 높이가 일정해야만 한다).

 

  [못 위에 올라서다]
 

어떻게 할까요

1. 나무판에 1cm 간격으로 좌우로 선을 긋는다(또는 원고지를 붙이는 방법도 가능하다).

2. 두 발을 나무판에 올려놓고 연필로 발의 본을 뜬다.

3. 나무판에 그려진 가로, 세로 1cm의 정사각형 네 귀퉁이에 각각 못을 박고, 정사각형의 가운데에 하나의 못을 더 박는다.

4. 나무판을 뒤집어 못이 튀어나온 부분이 위로 올라오게 하여 못 위에 발을 살며시 올려놓고 두 발로 일어서 보자.

5. 이번에는 신발을 벗고 올라서 보자.

6. 다음에는 양말을 벗고 맨발로 일어서 보자. 나무판을 옆으로 기울여 박아 놓은 못의 높이가 모두 같은지 확인한다. 만약 1개의 못이 삐죽 튀어나온 상태라면 어떻게 될까?

생각해 볼까요?

우리가 흔히 사용하는 종이컵은 한 손으로 찌그러뜨릴 수 있을 만큼 약하지만 4개의 종이컵을 사용해 힘을 분산시키면 약한 종이컵 위에 올라설 수 있습니다. 풍선도 또한 마찬가지랍니다.

종이컵이나 전구, 풍선 위에 나무 판지를 올리면 힘을 받는 면적을 넓힌 효과가 있기 때문에 압력의 세기를 줄일 수 있기 때문에 충분히 가능하답니다.

작업 과정이 다소 오래 걸리고 힘든 작업이지만 전구 위에 올라서는 것과 같이 상당히 스릴 있고 재미있는 놀이입니다. 못 위에 올라설 때는 섬뜩한 느낌까지도 들지만 이것 또한 위의 원리와 같이 여러 개의 못을 촘촘히 박아 압력의 세기를 줄인, 마술이 아닌 과학의 원리를 이용한 것입니다. 만약 못을 촘촘히 박지 않았다면 어떻게 될까요? 또는 박은 못의 길이가 각각 다르다면 어떻게 될까요?

박은 못의 간격과 못의 길이가 일정해야만 압력을 효과적으로 줄일 수 있답니다.

번쩍 아이디어 잠깐!

위의 놀이는 힘의 분산을 이용한 단위 면적당 압력과의 관계를 알아보는 놀이입니다. 한꺼번에 여러 개의 놀이를 보여 줄 수 있는 조립식 세트를 연구하여 봅시다.

판지를 사용하는 이유는 무엇이며 판지의 재료로 적당한 것은 어떤 것일까요?

종이컵이나 전구, 못, 풍선 등 각각의 높이가 같아야 하는 이유는 무엇일까요?

이들이 놓여질 바닥은 어떠해야 할까요?

판지에 못을 박는 방법은 사용하지 않고 먼저 구멍을 내놓고 못을 끼웠다 뺐다 하는 조립식으로 구상하여 보세요.

단위 면적당 작용하는 압력의 면적을 넓히는 원리를 응용하여 무거운 물체를 들어 올릴 수 있는 방법을 연구해 보세요.

1. 물 놀이용 튜브의 공기 주입 부분에 150cm 정도의 비닐관을 연결한다.

2. 비닐관의 끝에 깔때기를 연결하여 높이 매단다.

3. 물 놀이용 튜브에 넓은 판지를 깔고 살며시 올라서자.

4. 높이 매단 깔때기에 물을 흘려내리면서 변화를 관찰하여 보자.

튼튼하고 작은 비닐 봉지를 구할 수 있다면 많은 물을 넣을 필요도 없이 2ℓ 정도만 가지고도 물놀이용 튜브에 올라선 사람을 밀어올릴 수가 있을 것입니다.

그러나 구하기 쉬운 물놀이용 튜브는 제법 크기 때문에 적은 양의 물을 넣어 금세 몸이 떠오르는 것을 느끼기는 어렵고 좀더 많은 분량의 물을 부어야만이 몸이 떠오를 것입니다.

물이 1.5m높이에서 가지는 위치 에너지는 크지 않으나 압력이 미치는 면적을 넓히면 많은 무게를 들어 올릴 수 있습니다. 즉, 물과 같은 유체가 갖는 단위 면적당 압력의 세기는 일정하므로 판자는 압력이 미치는 면적을 넓게 하여 무거운 물체를 작은 힘으로 밀어올린 것입니다.