함께하는 과학세상-달려라! 풍력 종이바퀴

바퀴가 2개뿐인 자전거는 바퀴가 3개나 4개인 것에 비해 타기가 어려워 보이지만, 막상 자전거를 타고 패달을 밟아보면 꽤 안정적으로 달리는 것을 알 수 있다.

동전을 굴리거나 굴렁쇠를 굴릴 때에도 마찬가지로 구르는 바퀴는 잘 쓰러지지 않는다.

왜 그럴까? 바람의 힘으로 잘 굴러가는 종이 바퀴를 만들어 보고 그 원리를 알아보자.

◇준비물:색마분지, 컴퍼스, 가위, 칼, 30cm자

◇만드는 방법

1. 색마분지에 원(지름 12㎝)을 그린 다음 오려낸다.

2. 안쪽에는 약간 작은 원(지름 9㎝)을 그리고 중심으로부터 45°간격으로 8등분하여 그린 다음 작은 원까지의 반지름을 칼로 오린다.

3. 오린 부분을 번갈아 접어 바퀴 모양을 만든다.

◇놀이하기

바람이 잘 통하고 바닥이 평평한 운동장에서 나가 바람을 등지고 선 후 종이바퀴를 바닥에 세우고 살짝 굴린다.

종이 바퀴는 어떻게 될까?

이 때 바람이 너무 강하면 종이바퀴가 구르지 않고 바람에 날릴 수도 있다.

또 종이 바퀴가 구겨지지 않도록 주의한다.

◇왜 그럴까?

구르지 않는 바퀴는 왜 쉽게 쓰러질까? 그것은 지면에 닿아있는 면적은 작은데 무게 중심이 높은 곳에 있어 불안정하기 때문이다.

그러나 회전하는 바퀴는 회전하려는 상태를 그대로 유지하려는 성질 때문에 바퀴 중심축의 방향이 쉽게 변하지 않아 안정적이다.

따라서 풍력 종이바퀴는 쓰러지지 않고 계속 구르게 된다.

◇조금 더 알기

수평 방향으로 회전하는 팽이도 중심축의 뾰족한 부분만 땅에 닿아 있지만, 회전력을 유지하는 동안에는 안정된 모습으로서 서 있다.

가장자리가 중심보다 무거운 금속판으로 만든 지구팽이는 가는 실 위에서도 쓰러지지 않는다.

팽이와 같은 원리로 자이로스코프는 큰배의 안정을 유지하는 데 이용된다.

◇창의력 키우기

종이 바퀴 2개를 합쳐 놀이를 해보자. 한 개 짜리 바퀴와 어떻게 다른가?

다른 재료나 다른 모양으로도 바람의 힘으로 구르는 바퀴를 만들어 보자. 또 풍력 바퀴를 이용한 자동차를 구상하고 만들어 보자. 전철만(대구교육과학연구원 발명교육센터 교사)