함께 해 봐요-롤러코스터 만들기

갑자기 땅으로 떨어지는 것 같다가 금세 공중에 매달린 듯 짜릿한 느낌을 주는 롤러코스터. 간단한 재료를 가지고 직접 만들어 보자.

▶준비물

방충망용 쫄대, 지름 1.5cm 정도의 쇠구슬, 칼, 가위, 순간접착제, 받침이 될 만한 합판이나 하드보드지, 자

▶실험 방법

1. 나무판이나 하드보드지를 이용해 받침대를 만든다.

2. 쫄대의 한쪽을 휘어 작은 원을 만든다.

철물점에 가면 여러 종류의 쫄대가 있는데 유연성이 좋은 것으로 골라야 한다.

쫄대 안쪽에 홈이 있어야 구슬을 굴리기 좋다.

3. 쫄대로 만든 작은 원을 순간접착제로 받침대 위에 붙인다.

4. 구슬이 구를 수 있도록 쫄대의 나머지 부분을 높이 든다.

높이는 원 지름의 2.5배 이상이어야 한다.

5. 쫄대 끝에서 쇠구슬을 굴려본다.

6. 구슬이 트랙을 따라 잘 움직이지 않으면 원의 크기를 작게 하거나 구슬이 놓이는 위치를 높인다.

7. 쫄대들끼리 연결해 긴 트랙을 만든다.

쫄대를 끼우는 방법은 두 가지. 연결 부위에 대나무살을 끼우고 순간접착제를 붙이거나 한쪽 쫄대의 양 옆을 잘라 뾰족하게 만들어 다른 쫄대에 기우면 된다.

쫄대를 세울 기둥은 분유통이나 컵 등으로 대신할 수 있다.

▶왜 그럴까

롤러코스터는 전동기에 의해 높은 지점까지 끌어올려진다.

이 때 롤러코스터는 전동기가 한 일만큼의 위치에너지를 갖는다.

이후 롤러코스터는 전동기의 도움 없이 레일 위를 운동하게 된다.

롤러코스터가 아래로 내려오면 속력은 점점 빨라진다.

위치에너지가 운동에너지로 전환되기 때문이다.

다시 올라가는 트랙에 이르면 속력은 줄어든다.

이 구간에서는 운동에너지가 위치에너지로 전환된다.

레일의 마찰을 무시할 수 있다면 트랙을 돌아온 롤러코스터는 처음 지녔던 에너지를 모두 지니고 있을 것이다.

하지만 마찰이 존재하므로 롤러코스터의 속력은 점점 줄어든다.

서로 전환되는 운동에너지와 위치에너지의 합을 역학적 에너지라고 한다.

위치 에너지와 운동에너지가 서로 전환돼도 두 에너지의 합은 항상 일정하다.

이것을 역학적 에너지 보존 법칙이라고 한다.

바이킹이나 롤러코스터와 같은 놀이기구는 대부분 역학적 에너지 보존 법칙을 이용한 것이다.