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과학실험마당 힘의 균형의 원리
기초 1마당에서, 시소에 100원과 500원을 올려놓고 500원을 지렛데 받침 쪽으로 가까이 위치하면 서로 균형을 이루는데, 그 원리가 뭔가요. 500원이 더 가벼워지는 원리, 왜 그러냐는 질문에서 막혀서 도움말씀 청합니다.
답변 :
furnvada님 안녕하세요.
힘의 균형의 원리에 대해 쪽지로 문의하셨었지요?
엄마나 아빠가 아는 지식이라고 해도 아이에게 쉽게 전달하기 어려운 것 중 하나라고 생각합니다.
과학은 대게 왜 그런지를 밝히는 학문이지만 그 현상을 발견하고 조건을 달리하면서 실험 결과를 얻은 후 그 결과에 따라서 '가설'이나 '원리'를 구현하고 이 가설이나 원리가 똑같이 구현되는지를 확인하는 방법으로 학문에서 체계를 갖추게 됩니다. 그러므로 우선 현상을 관찰하고 이를 수치로 이해하는 과정이 첫단계가 됩니다.
그럼 우선 아이와 관찰을 해보세요.
1. 양팔 저울의 정 가운데가 고정되어 있을 경우 100원짜리와 500원짜리를 걸면 어느 쪽으로 쳐지게 되는지를 확인하도록 하세요.
2. 눈에 띠는 다른 사물들을 비교해볼 수 있도록 해주세요.
큰 지우개와 작은 지우개, 연필 3자루와 연필 12자루, 껌 한 통과 껌 두 통, 바둑돌 1개와 바둑돌 서너개 등등...
3. 어떤 쪽이 밑으로 쳐지게 되는지 아이에게 관찰한 것을 말해보도록 하세요.
(무거운 쪽이 밑으로 쳐지게 되요.)
4. 그러면 양팔 저울을 쳐지지 않고 똑같이 하려면 어떻게 하면 좋은지 생각해보고 실험해보도록 해보세요.
=> 여러 가지 경우가 가능합니다.
(1) 가벼운 쪽에 물건을 더 올려주는 경우
(2) 무거운 쪽에서 물건을 더 내려주는 경우
(3) 양팔저울을 이동하여 평형을 이룬 지점을 찾는 방법...
5. 이 중에서 현재 양쪽에 있는 물체의 양을 줄이거나 늘리지 않고 저울을 평형을 이루게 하려면 어떻게 해야 하는지 방법을 선택해보도록 하세요.
=> (3)만 가능하지요. ^^
6. 아이가 평형을 이루도록 고정된 중심을 이동하게 해보세요.
7. 같은 유형으로 아이가 여러 물체를 평형을 찾을 수 있도록 이동해보도록 해주세요.
8. 결론 : 받침점에서 멀어질수록 가벼운 물체를 두고, 받침점에서 가까울수록 무거운 물체를 두면 평형을 찾을 수 있다.
실제 과학에서는 비례식을 이용하여 길이를 찾고 누르는 힘을 찾습니다.
즉, 양팔 저울 중 오른쪽에 매달린 것을 a, 왼쪽에 매달린 것을 b라고 하고, 중심점으로부터 매달린 곳까지의 수평 거리를 La, Lb라고 하면 다음과 같은 공식이 성립합니다.
a* La = b * Lb
즉, 무게와 받침점으로부터의 거리는 반비례가 되므로 무거운 물체가 달린 쪽이 받침점에 가까이 놓이게 됩니다.
같은 내용을 적용하는 예 중 하나가 여닫이문을 열 때입니다. 이 때 받침점은 고정된 경첩 부분이 되므로 적은 힘을 줘서 문을 열기 위해서는 그 반대쪽에 손잡이를 달아야 하지요.
아이에게 문을 열 때 경첩 부분을 밀어서 열어보도록 해보세요.
또 경첩 반대쪽에서 밀어 문을 열어보게 하세요.
자, 어느 쪽이 힘을 덜 주고 문을 열 수 있는지 아이가 직접 느낄 수 있지요.
적은 힘을 주고 물체를 움직이려면 받침점에서 멀수록 좋습니다.
행복한 10월이 되시길 바랍니다.
- 은반디 -
