손으로 돌리는 실팽이

물레방아는 위에서 떨어지는 물의 힘에 의해 바퀴가 돌고, 팽이는 팽이채로 쳐서 돌리게 된다.

손으로 돌리는 실팽이는 어떤 힘을 이용하여 빠르게 돌릴 수 있는지 간단한 실험을 통해 알아보자.

♣ 준비물

가위 또는 칼, 자, 질긴 실, 셀로판테이프, 풀, 종이컵 2개

♣ 어떻게 할까요?

1. 종이컵 2개를 각각 바닥에서 5㎜ 정도 자른다.

2. 자른 2개의 종이컵 바닥면을 풀로 붙인 다음 옆면을 셀로판테이프로 고정시킨다.

3. 1과 같이 가운데 부분에 8㎜ 정도의 간격을 두고 구멍을 2개 뚫는다.

4. 실을 구멍으로 집어넣고 실의 끝을 묶는다.

5. 2와 같이 실의 양쪽 끝을 손으로 잡고 실이 꼬이도록 흔들어 감는다.

6. 실을 10회 정도 감은 다음 양쪽으로 잡아 당겨본다.

7. 실팽이가 돌아가는 흐름에 따라 반복하여 밀고 당긴다.

♣ 왜 그럴까?

실팽이를 당기면 꼬인 실이 풀리면서 초당 60~100회 정도로 빠르게 회전하게 된다.

이때 실의 장력과 관성에 의해 실팽이는 반대쪽으로 더 많이 감기게 되고 계속해서 회전운동을 유지한다.

실팽이가 빠르게 돌아갈 때 윙윙하는 소리는 실의 진동으로 인한 공기와의 마찰음이다.

♣ 좀 더 알아봅시다

▶관성(慣性, inertia):물체가 현재의 운동상태를 지속하려는 성질.

▶장력(張力, tension):실이나 끈과 같은 가늘고 긴 물체에 그 길이를 늘이는 방향으로 외력을 가할 때 물체 내부에서 길이의 방향으로 수직인 단면의 양쪽 부분이 서로 끌어당기는 힘.

▶일반적으로 소리는 물체가 진동하면서 주변의 공기가 같이 진동하게 되어 소리를 느끼게 된다.

소리의 높낮이는 물체가 진동하는 횟수(주파수)에 의해 결정되고, 소리의 세기는 같은 진동수에서 진폭이 크면 강한 소리, 진폭이 작으면 약한 소리가 된다.

사람이 들을 수 있는 소리는 1초에 20번 진동하는 소리에서부터 2만번 진동하는 소리(20Hz~20000Hz)까지로 제한되어 있다.

♣ 창의력 키우기

1. 실의 굵기와 길이, 종이컵 대신 다른 재료를 사용하여 실험하여 보자.

2. 실팽이의 실을 잡는 폭과 당기는 힘의 변화를 주어 실의 진동과 소리를 관찰하여 보자.

전철만(대구교육과학연구원 발명교육센터 교사)