‘골드버그’장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 과학 프로젝트 ‘골드버그’장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 제주북초등학교 영재학급 6학년 이호준

차례 주제선정동기 이론적 배경 골드버그란? 내가 만든 골드버그 장치(준비물, 사진) Part별 가설 설정 실험영상 내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학법칙 느낀 점 참고자료

이론적 배경 골드버그 장치란? 이 ‘골드 버그’는 루브 골드버그라는 사람이 처음 스케치한 데에서 유래되었다. 루브 골드버그가 그린 골드버그 만화에는 ‘정부는 많은 일을 하지만 결과는 적다.’라는 것을 표현하는 그림이다. 즉, 많은 노력이나 행위들을 하지만 그 결과는 작다는 뜻이다. 그러나 요즘에는 의미가 새롭게 해석되어, 이 골드버그 장치가 ‘골드버그 머신(Rube Goldberg Machine)’이라는 행위예술의 한 분야로 자리매김 하고 있으며, 물리학적, 수학적, 기계공학적인 원리와 계산을 통해 연관된 일련의 동작을 만들어내는 장치를 말한다.

내가 만든 골드버그 장치

내가 만든 골드버그 장치 준비물 - 1단계: 풍선, 유리구슬, PET컵, PET대롱, 소독저, 실핀 - 2단계: 집게, 스카치테이프, 플라스틱 자 - 3단계: 회전체, 레일용 와이어, 나무막대, 유리구슬 - 4단계: 골판지상자(레일용), 나무토막, 회전바퀴 - 5단계: 도미노용 나무 큐브세트 - 6단계: 나무지렛대, 플라스틱 자, 나무큐브, 실 핀 - 7단계: 풍선, 유리구슬, 쇠구슬, 천칭용 와이어, 꽃가루 등

Part별 가설설정 가설 - 1단계: 정전기를 일으킨 손 쪽으로 풍선이 오다가 바늘에 터질 것이다. - 1단계: 정전기를 일으킨 손 쪽으로 풍선이 오다가 바늘에 터질 것이다. - 2단계: 풍선에서 나온 구슬이 만류인력에 의해 떨어질 것이다. 그리고 떨어진 구슬이 플라스틱 자를 고정시킨 테이프를 풀어주면서 플라스틱 자가 원래의 모습으로 돌아오며 탄성이 발생할 것이다. - 3단계: 플라스틱 자에 튕겨서 작용 힘을 받은 원형 판은 레일을 따라 굴러가 면서 가속도에 의해 속도가 빨라질 것이다. - 4단계: 구슬과 자동차가 부딪힐 때 구슬은 튕겨서 뒤로 빠질 것이고 자동차는 앞으로 가면서 작용과 반작용이 생길 것이다. - 5단계: 자동차의 고무바퀴가 마찰력을 일으켜서 자동차를 움직이게 하여 도 미노와 부딪힐 것이다. - 6단계:3단계와 같이 가속도를 받지만 간격이 좁아지면서 더 큰 힘을 만들어 서 작은 도미노부터 큰 도미노까지 쓰러트릴 수 있을 것이다. - 7단계:풍선이 터지면서 풍선 속의 구슬이 빠져나가 반대편의 작은 구슬의 무 게가 풍선 쪽의 무게보다 많아지기 때문에 성공 깃발이 올라갈 것이다.

실험영상 동영상

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part1 *정전기 정전기란 말 그대로 ‘정지된’ 또는 ‘움직이지 못하는’ 전기이다. 균형을 이루고 있는 전자가 외부의 마찰이나 다른 특별한 힘을 받아서 발생하는 것이 마찰력이다. 옆의 사진에서는 내 손을 비벼 마찰력으로 정전기를 일으켜서 풍선을 끌어당겼다.

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part2 *만류인력 질량을 가진 두 물체가 잡아 당기는 힘. *탄성 외부에서 힘을 주면 모양이 변형되면서 탄성력이 생기고 곧 원래 형태가 되여 튀어 오르거나, 튕기는 것

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part3 *가속도 가속도는 물체에게 어떠한 힘이 작용하여 앞으로 나아가는데 더해지는 힘으로 물체에 작용한 힘이 클수록 물체의 가속도가 크다.

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part4 *작용과 반작용 어느 한 쪽에 힘이 가해지면 붙어있는 다른 한 쪽에 반대방향의 힘이 생긴다. *관성의 법칙 물체는 처음 운동상태를 그대로 유지하려는 성질이 있다.

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part5 *마찰력 두 물체가 접촉하여 운동할 때, 접촉면을 따라 그 운동을 방해하는 힘을 의미한다. 이 저항력을 마찰력이라고 한다.

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part6 *가속도 가속도는 물체에게 어떠한 힘이 작용하여 앞으로 나아가는데 더해지는 힘으로 물체에 작용한 힘이 클수록 물체의 가속도가 크다. 그리고 그 간격이 좁을 수록 가속도의 힘은 더욱 커진다.

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part7 *지렛대의 원리 지래는 받침 점, 힘점, 작용점으로 이뤄져 있다. 받침 점을 중심으로 힘 점에서 힘을 가해 작용점의 물체가 작용하면 무거운 물체도 들어올릴 수 있다.

내가 만든 골드버그 장치에서 찾을 수 있는 물리학 법칙 Part 8 *균형잡기 무게 중심이 지지범위를 벗어나지 않고서 지지범위 안에 있을 경우 균형을 잡을 수 있는 것이다.

결과 골드버그 장치를 통한 실험을 하면서 몇 가지 어려웠던 점이 있었다. 1. 처음 집게 여는 과정이 실패를 많이 했었고 어려웠다. 2. 장치를 만드는 것도 하나하나 까다롭게 제작해야 했다. 3. 골드버그를 순조롭게 진행하기 위해 장치들을 놓을 위치를 정하는 것도 어려웠다. 이번 실험을 통해 우리가 흔히 알고 있던 물리학이나 수학적 법 칙들이 매우 인과적인 관계를 맺고 있다는 것을 알게 되었고, 여 러 차례의 실패를 겪으면서 각 이론들의 원칙을 알아가는 것이 매우 힘들다는 것을 느끼게 되었다. 이번 ‘골드버그 장치’를 통한 물리학 법칙들은 정전기, 마찰력, 만류인력, 가속도, 작용반작용, 관성의 법칙, 탄성도, 균형잡기 등 이었으며 10여 차례 만에 전 과정이 일괄적으로 이루어졌다.

Part별 가설확인 가설확인 - 1단계: 풍선이 내 쪽으로 오다가 터진 것으로 봐선 나의 가설이 맞다. - 2단계: 구슬이 아래로 떨어지고 원형 판이 잘 내려가는 것으로 보아 만류인력과, 탄성을 검증하였으므로 나의 가설이 맞다. - 3단계: 원형 판의 속도가 서서히 빨라지는 것으로 보아 나의 가설 이 맞다. - 4단계: 구슬이 자동차와 부딪혀서 뒤로 가서 구멍에 빠진 것으로 보 아서 작용과 반작용을 알 수 있다. - 5단계: 자동차의 진행이 순조로웠기 때문에 나의 가설이 맞다. - 6단계: 작은 도미노가 큰 도미노를 쓰러뜨린 것으로 봐서 나의 가설 - 7단계: 성공깃발이 올라왔으므로 나의 가설이 맞다.

프로젝트를 마치며… 막바지에 완성한 프로젝트 이였지만, 재미있는 주제를 이용하여 재미있는 실험을 해보아서 좋은 프로젝트였고, 2학기 때 수학 프로젝트는 이 프로젝트보다 더 재미있고 특별한 경험이 될 수 있도록 노력하겠다.

참고자료 참고도서 네이버 블로그 -황금교실-물리 편 -뉴턴이 들려주는 만류인력이야기 -골드버그란? http://cafe.naver.com/manymany00.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=97& -골드버그장치 http://blog.naver.com/labolla?Redirect=Log&logNo=140134895987