◎ 미리생각해보기

번지점프하는 모습을 본 적이 있나요? 번지점프에 사용하는 줄은 어떤 재질이며 이유는 무엇일까요?

⇒ 천연 생고무 재질의 탄력 있는 줄을 사용합니다. 이 줄의 탄력으로 인해 사람이 높은데서 뛰어내리더라도 아무런 충격 없이 반동을 즐길 수 있는 것입니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

이번 실험에 필요한 재료들을 확인해주세요.

실험 전 실험보고서를 꼭 읽어주세요.

실험시 도안이 짖어질 수 있으므로 주의하세요.

자동차를 뒤로 많이 잡아당길 경우 고무 밴드가 끊어지거나 도면의 바퀴부분이 찢어질 수 있으니 주의하세요.

1. 자동차도면을 뜯어냅니다.	2. 자동차도면의 누름선에 따라 접은 후, 뚜껑을 제외한 나머지 부분을 풀이나 양면테이프를 이용하여 조립합니다.

◎ 실험방법

3. 자동차 뒷바퀴를 끼우고, 고무 밴드를 뒷바퀴 축에 [위에서 아래]로 끼워 묶어 줍니다. (주의! 참고 그림을 확인하세요.)	4. 고무 밴드 반대쪽에 앞바퀴 축을 끼워 조립합니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 고무판 자석을 세로로 자른 후, 사진과 같이 자동차 뚜껑 부분에 붙입니다.	6. 뒷바퀴에 넓은 고무밴드를 끼운 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하여 뒤로 잡아 당겼다 놓아보세요. (주의! 자동차를 뒤로 많이 잡아당길 경우 고무 밴드가 끊어지거나 도면의 바퀴부분이 찢어질 수 있으니 주의하세요.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 뒷바퀴에 넓은 고무 밴드를 끼운 경우와 그렇지 않는 경우를 비교하여 뒤로 잡아당겼다 놓아보세요. 어떻게 되나요? 또, 처음보다 많이 잡아당기면 어떻게 되나요?

⇒ 넓은 고무 밴드를 끼우지 않고 뒤로 잡아당겼다 놓을 경우 뒷바퀴가 헛돌게 됩니다. 그러나 넓은 고무 밴드를 끼울 경우 바닥과 뒷바퀴의 마찰력에 의해 자동차가 앞으로 나아가게 됩니다. 처음보다 많이 잡아당기게 될 경우 그만큼 탄성에너지가 증가하여 더욱 앞으로 나아가게 됩니다.

2. 위 실험에서 왜 그런지 이야기 해보세요.

⇒ 뒷바퀴의 마찰력 유무에 따라 자동차의 움직임이 다르게 나타납니다. 넓은 고무 밴드를 끼우지 않는 상태에서는 뒷바퀴 면과 바닥사이의 마찰력이 작아 헛돌게 되는 것이고, 넓은 고무 밴드를 끼울 경우에는 바닥과 마찰력에 의해 작용한 힘이 자동차를 앞으로 나아가게 하는 작용-반작용이 생깁니다. 또, 자동차를 뒤로 잡아당겼다가 놓을 경우 자동차 내부의 고무 밴드에 탄성에너지가 운동에너지로 바뀌어 자동차가 앞으로 나아가게 됩니다. 많이 잡아당길 경우 탄성에너지가 증가한 만큼 운동에너지도 증가하여 자동차를 더욱 더 멀리 나아가게 합니다. 그러나 고무밴드의 탄성한계가 있기 때문에 그 한계를 넘어서면 고무 밴드가 끊어지게 됩니다.

◎ 원리이해

1. 탄성

⇒ 용수철이나 고무줄을 잡아당기면 늘어나는 변형이 생기고, 손을 놓으면 처음상태로 되돌아갑니다. 이와 같이, 물체가 힘을 받아 변형되었을 때에 본래의 상태로 되돌아가려는 성질을 탄성이라 하고, 이때, 되돌아가려고 하는 힘을 탄성력이라 합니다. 또, 이러한 물체에 저장된 에너지를 탄성에너지라고 합니다. 모든 물체는 어느 정도의 탄성을 지니고 있는데 특히, 용수철, 고무줄, 강철 등과 같이 탄성이 큰 물체를 탄성체라고 합니다. 이 탄성체에는 물체마다 탄성한계가 있으며, 어느 한계이상으로 변형이 커지면 탄성이 없어져 원래 모양으로 되돌아오지 않습니다.

2. 마찰력

⇒ 물체가 다른 물체의 표면에 접하여 움직이려고 할 때 또는 움직이고 있을 때 그 운동을 방해하려는 힘을 마찰력이라 합니다. 마찰력의 방향은 작용한 힘의 방향 또는 운동방향과 반대방향으로 작용합니다. 마찰력은 물체의 무게가 무거울수록, 접촉면이 거칠수록 커지지만 접촉면의 넓이와는 관계가 없습니다.

일상생활에서 마찰력을 이용하는 경우는 다음과 같습니다.

- 마찰력이 작아야 편리한 경우

: 스케이트를 탈 때, 창문을 열거나 닫을 때, 미끄럼틀을 타고 내려올 때,

바닥에 놓인 물체를 끌 때

- 마찰력이 커야 편리한 경우

: 성냥불을 켤 때, 바이올린을 켤 때, 자동차를 정지시킬 때, 걷거나 달릴 때

3. 작용·반작용의 법칙

⇒ 뉴턴의 운동법칙 중 제3법칙으로, 물체A가 물체B에게 힘을 가하면 물체B 역시 물체A에게 똑같은 크기의 힘을 가한다는 것입니다. 물체A가 물체B에게 미치는 것을 작용이라면, 물체B가 물체A에게 미치는 것을 반작용이라 합니다. 작용과 반작용은 두 물체에게 한 쌍으로 동시에 작용하며, 그 크기는 같고 방향은 반대입니다.

작용·반작용의 법칙에 관한 대표적인 예는 다음과 같습니다.

- 사람이 앞으로 걷는 경우 [사람의 발이 지면을 뒤로 미는 힘(작용), 지면이 사람의 발을 앞으로 미는 힘(반작용)]

- 로켓이 가스를 분출하며 위로 나아가는 경우 [로켓이 가스를 아래로 미는 힘(작용), 가스가 로켓을 위로 미는힘(반작용)]

- 사람이 벽을 밀면 몸이 뒤로 밀리는 경우 [사람이 벽을 미는 힘(작용), 벽이 사람을 미는 힘(반작용)]

- 노를 저으면 배가 앞으로 나아가는 경우 [노가 물을 뒤로 미는 힘(작용), 물이 노를 앞으로 미는 힘(반작용)]

학습목표

광탄성력으로 움직이는 자동차를 만들어보고, 탄성과 마찰력에 대해 알아봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

번지점프하는 모습을 본 적이 있나요? 번지점프에 사용하는 줄은 어떤 재질이며 이유는 무엇일까요?

◎ 미리생각해보기

자동차도안 1매, 고무밴드 1개, 넓은 고무밴드 1개,

자동차바퀴 2set, 고무판자석 1개

(※ 직접 준비하세요 : 투명테이프, 양면테이프 또는 풀, 가위)

◎ 실험준비물

1. 뒷바퀴에 넓은 고무 밴드를 끼운 경우와 그렇지 않는 경우를 비교하여 뒤로 잡아당겼다 놓아보세요. 어떻게 되나요? 또, 처음보다 많이 잡아당기면 어떻게 되나요?

2. 왜 그런지 이야기 해보세요.

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점