10월워크숍- 임성숙(빛따르는뱀),박은숙(간이염분측정기),전종희(cd돌이),장홍실(영실험)

10월 바쁜 가운데 우리 신과수연구회 워크숍을 가졌다. 강의하시기로 했던 분이 못하시게 되어 갑작스레 내가 강사로 투입되어 내용도 준비도 해야 하고, 신과수연구회 책자도 미리 제작할 생각을 하다보니 정신없이 바쁜 하루였다.

게다가 항상 워크숍 당일에 취소해야 하는 분들은 여전히 많다. 그럴 줄 알았으면 마감을 하지 않고 몇 명 더 받을 수 있을텐데...

50명 신청에 10명이 당일 취소 및 결석을 했는데.... 신청했는 줄 알고 오신 분 2명해서 42명이 참석한 워크숍이었다.

인원은 적절해서 워크숍 분위기가 활발하여 즐거운 시간을 가질 수 있었다.

오늘 발표는 박은숙, 임성숙, 전종희, 장홍실 선생님께서 해주셨다.

                      <빛따라 움직이는 뱀 만들기>

                                                                     임 성 숙(망포중학교)

원래는 박은숙수석님이  첫째 시간인데 선생님들이 시작시간인 4시보다 다들 늦게 오시는 바람에 같이 시작하기가 어려웠다.

그래서 내가 먼저 설명서와 키트를 주고 빛따라 움직이는 뱀 만들기 활동을 먼저 하였다.

선생님들이 중간중간 들어오게 되니 설명이 미흡하게 되는 것 같은 것이 아쉽다.

녹색에너지에서 빛의 종류, 광전효과에 대해 설명한 후에 빛따라 움직이는 뱀 만들기를 하였다.

선생님들이 함께 같이 시작하지를 못하는 탓에 직접 다 만들어 가서 가지고 갈 수 없는 것이 안타까웠다.

그래도 빛에 대해 재미있게 받아들이시는 거 같아 즐겁게 수업을 진행하였다.

              <간이 염분 측정기의 제작>

                                                        박은숙 수석(풍산고)

눈금실린더 속 물의 염분을 10 psu 간격으로 만들면서 각각 수면과 일치하는 빨대의 위치에 펜으로 표시한다.

처음에는 물에 뜨는 물체를 만들고(수수깡, 또는 빨대에 무게중심을 갖게 하기 위해 압정사용) 0점을 표시한다. 

그리고 40psu 인 소금물에 뜨는 위치를 표시하여 만든 후 일정 간격을 표시한다.

그 다음에 미지의 소금물에 만든 간이염분 측정기를 제작하여 그 염분도를 측정하는 실험이다.

<만들기>  빨대와 수수깡으로 간이 염분 측정기를 만들어 보기

▪ 준비물

빨대(지름 3mm~4mm, 길이 24cm 내외), 수수깡(지름 10mm 정도, 길이 4cm 내외),  압정, 자석, 자, 유성 펜, 고무찰흙, 셀로판테이프, 눈금실린더(250mL), 비커(250mL), 유리 막대,
약숟가락, 시약포지, 전자저울, 화장지, 염화나트륨(화), 보호 장갑

 
 ① 빨대에 일정한 간격의 눈금을 표시한 후 고무찰흙이나 셀로판 테이프로 양 끝을  밀봉한다.
 ② 빨대에 수수깡 1~3개를 테이프로 붙인다.
 ③ 수수깡 아래나 옆면에 압정, 자석을 붙여서 무게를 조정하여 빨대 윗부분이 수면 위로 적당히 올라오도록 눈금실린더 속의 물에 넣는다.
 ④ 눈금실린더 속 물의 염분을 10 psu 간격으로 만들면서 각각 수면과 일치하는 빨대의 위치에 펜으로 표시한다.

무게 중심을 맞추는 것은 압정으로 해결하였다.

40psu 소금물 용액을 만들기 위하여 물을 480ml을 넣고 그 물에 소금 20g을 넣어 저으면 된다.

(전에는 퍼밀의 단위를 썼으나 요즘은 psu 단위를 쓴다. )

염분기를 잘 제작하여 미지의 염분도를 측정하게 하신 선생님들께 비주얼 싱킹 책자를 선물했다.

  

< 넘어지지 않는 CD 바퀴 >

                                                                                      전 종 희(성주중)

참과학에서 만나 알게 된 지 10년이 다 되어 가는 전종희샘을 오랜만에 만났다. 페북을 통하여 올해도 전국동아리 활동대회에서 금상을 수상한 것을 익히 들었지만 역시나 재미있는 과학실험들을 열심히 하고 있는 샘이 존경스럽다.

아직도 매주 수요일이면 학생들과 크레이지 사이언스를 운영하고 부천과학교사연구회를 운영하고 있는 전종희샘.

배울 것이 많은 분이시다.

오늘은 활동소개를 하신 후에 실험 중의 하나인 넘어지지 않는 CD바퀴 만들기를 하였다.

이 실험은 자이로스코프의 원리, 운동모멘텀에 대해 설명할 수 있는 간단하면서도 재미있는 실험이다.

Ⅰ. 이 실험 소개

  모터로 회전판을 돌리면 방향전환이 쉽게 되지 않는 어떤 힘을 느낄 수 있으며 원형 판을 수직으로 세우면 이 장치는 회전판이 회전하는 동안은 넘어지지 않는다.

Ⅲ. 과정 및 방법

1. 1번 CD에 모터를 끼우고(나사처럼 돌리면서) 단단하게 고정시킨다.

2. 건전지홀더에 양면테이프를 붙이고, 모터 아래쪽에 균형을 생각하여 붙인다.

3. 전선을 모터의 단자에 연결시킨다.

(극의 연결에 따라 모터의 회전방향이 달라진다.)

4. 2번 CD에 고무마개를 나사를 돌리는듯하여 반듯하게 끼워준다.

5. 건전지를 넣고 한손으로 모터를 잡고 스위치를 연결한다.

6. 회전판이 빠르게 회전하면 모터를 잡은 손을 여러 방향으로 틀어보며 힘을 느껴본다.

7. 완성된 장치를 수직으로 하여 바닥에 세워 움직임을 관찰합니다.

8. 다른 형태의 넘어지지 않는 CD바퀴를 제작해 보자!

Ⅵ. 관련 이론

 

회전관성

회전하는 물체는 외부에서 다른 힘이 가해지지 않는 이상 회전축을 중심으로 하여 회전을 유지하려고하고 외부에 힘이 가해지면 회전을 방해하려는 방향으로 저항하는 힘이 생기는데 이걸 회전관성이라고 한다. 이런 물체의 회전 관성은 질량이 클 때 더욱더 커진다. 또 반지름이 더 큰 원을 회전하면 회전 관성이 커져서 멈추기가 힘들다. 이 실험에서 CD가 쓰러지지 않는 이유는 이 회전관성 때문이다. 건전지 홀더가 무게를 집중 시켜줘서 질량이 커지게 되고 그로인해 회전 관성이 커진다.

또 회전관성은 태권도의 돌려차기에도 적용이 된다. 돌려차기를 할 때 손과 발을 최대한 몸에 가까이 붙였다가 타격하는 순간에 발을 쭉 뻗는다. 이렇게 돌려차기를 하면 회전관성을 줄여 발이 헛돌지 않고 빠르게 찰 수 있다.

 

각 운동량 보존 법칙

각 운동량 보존 법칙이란 외부로부터 다른 회전력이 작용하지 않는 한 회전체의 각운동량은 항상 일정하게 보존된다는 법칙이다. 이런 각 운동량 보존 법칙은 피겨스케이팅에도 이용이 된다. 점프할 때 몸을 펼쳐서 회전반지름을 크게 한 뒤 공중에서 돌 때 몸을 움츠려 회전을 많이 하는 동작에 이용된다. 각운동량 보존 법칙은 처음 각운동량 총합= 변화 후 각 운동량 총합이 된다.

 

세차운동

회전 운동을 하고 있는 물체의 회전축이 움직이지 않는 어떤 축의 둘레를 회전하는 현상. 이 실험에서는 ②번CD가 제자리에서 도는 운동이 세차운동이 된다.

 

*ex. 팽이의 세차운동

팽이의 세차운동의 원인은 지구의 중력에 있다.

축이 기울어지게 되면 중력이 팽이를 넘어뜨리기 위해 잡아당긴다.

또한 팽이가 회전하며 생기는 힘이 작용하며 축의 방향을 바꾼다.

세차운동 방향은 팽이가 회전하는 방향과 일치하게 된다.

⇒ 두 힘이 평형을 이루면 팽이는 쓰러지지 않게 된다.

    

               <영의 실험>

                                                        장홍실(수성고)

1.  파동의 중첩과 물결파의 회절

(1) 파동중첩의 원리

두 파동이 서로 반대방향으로 진행하다가 만나면 중첩될 때 합성파의 변위 y는 두 파동의 변위의 합으로 된다. 즉 가 된다. 중첩 상태를 벗어나면 원래 상태(성질, 진행방향, 전파속도, 진폭, 파장)로 되돌아간다.

(2) 파동의 간섭

두 개의 파동이 한 매질에서 전파하다 중첩될 때 파동이 강해지는 부분과 약해지는 부분이 생기는 현상을 파동의 간섭이라 한다.

1) 보강간섭 : 중첩시 파동의 마루와 마루, 골과 골이 만나면 진폭은 커지고 위상이 같을 때는 진폭이 증가한다.

     2) 상쇄간섭 : 중첩시 파동의 마루와 골이 만나면 진폭은 서로 상쇄되어 작아진다.

(3) 파동의 회절

     1) 파동의 회절 : 파동이 진행하는 도중에 장애물을 만나거나 좁은 틈을 지날 때 파동의 일부분이 장애물의 뒷부분까지 전달되는 현상

   2) 회절의 정도 : 슬릿의 폭이 좁을수록, 파장이 길수록 잘 일어난다.

  

2. OHP 필름을 이용한 빛의 간섭 실험(영의 이중 슬릿)

○ 준비물 : 레이저포인터, 슬릿 틀, 단면도 칼날 2개, 투명 OHP필름, 가위, 자

○ 주의할 점 – 칼은 매우 날카로우므로 안전에 주의한다.

 

○ 실험 과정

1. OHP필름을 슬릿 틀에 들어갈 크기로 자른다.

2. 두 장의 단면도 칼날을 반듯하게 겹친 상태로 모소리 부분으로 OHP필름에 대고 그어서 두 개의 가느다란 평행선 모양의 흠집을 만든다.

3. OHP필름을 슬릿 틀에 끼워 고정한다.

 

 

4. 벽면이나 천정에 레이저포인터로 슬릿 틀을 앞뒤로 움직여서 적당한 거리를 찾는다.

 

 

5. 레이져포인터의 파장(650nm), 스크린과 이중슬릿사이의 거리, 스크린에 표시된 무늬 간격을 토대로 하여 슬릿 간격을 계산한다.

 

 

6. 이중슬릿위에 자를 올려놓고 실체 현미경으로 보면서 실제 슬릿간격을 측정한다.