◎ 미리생각해보기

일반적인 브레이크와 자이로드롭의 브레이크의 다른 점은 무엇일까요?

일반적인 브레이크는 마찰력을 이용하기 때문에 마모가 쉽게 일어나며 소모성입니다. 만약 놀이공원에 있는 자이로드롭의 브레이크도 마찰력을 이용하는 것이면 브레이크를 지속적으로 교체가 필요하며, 사고 발생률도 높습니다. 하지만 자이로드롭의 브레이크는 맴돌이전류를 이용한 브레이크로 소모품이 아니며, 자이로드롭의 낙하속도가 빠르고 자력이 커질수록 감속 효과도 커져서 안정성이 높습니다.

◎ 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!

1. 계산기를 준비하여 도체 주변에 있는 자석의 낙하 가속도와 알짜힘을 측정할 수 있습니다.

1. 맴돌이슬로프 도안에 구리테이프 1개를 붙입니다.	2. 맴돌이슬로프 도안과 맴돌이드롭 도안을 뜯고, 조립합니다.

※도안의 접착면 번호(1~9)순서대로 붙이며 조립해주세요.

◎ 실험방법

3. 맴돌이월드바탕 도안의 팝업을 뜯고, 세웁니다.	4. 맴돌이월드바탕 도안에 조립한 맴돌이 놀이기구를 붙입니다.

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

5. 맴돌이드롭에 플라스틱관과 알루미늄관을 끼웁니다.	6. ND자석을 이용하여, 맴돌이 놀이기구 실험을 합니다.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 도체(구리, 알루미늄)와 부도체(종이, 플라스틱) 내에서 자석의 이동 속도가 다른 이유는 무엇일까요?

맴돌이전류에 의해 자석이 이동하는 방향의 반대 방향으로 자기장이 생성되어 천천히 이동 합니다.

◎ 원리이해

1. 맴돌이전류(eddy current)(science)

도체 안에 자석을 넣으면 도체 내부에서 유도전류가 생성됩니다. 생성된 소용돌이 모양의 유도전류를 맴돌이전류(eddy current)라 하며 맴돌이전류에 의해 생성된 자기장은 자석의 이동을 방해합니다.

2. 자속(magnetic flux)(science)

자석의 N극에서 나와 S극으로 들어가는 선이 자기력선이며, 자기력선의 묶음을 자속이라 합니다. 자속의 단위는 웨버(Wb)를 사용하며, 자석이 세다는 말은 자기력선이 많은 것을 의미 합니다.

3. 렌츠의 법칙(science)

유도 전류에 의한 자기장은 자속의 변화를 방해하는 방향, 즉 자석의 움직이는 방향의 반대로 자기장이 생성되는 이론이 렌츠의 법칙입니다. 자가발전기의 기초 원리로 자석을 흔들거나 자전거 페달을 밟을 때, 유도 전류에 의해 전기가 생성되는 것을 설명해주는 원리입니다.

4. 자이로드롭(science, technology, engineering)

1998년 세계 최초로 롯데월드에 설치된 자이로드롭은 94년 세계유기시설 공원협회에서 처음 소개된 놀이기구로 중앙의 타워, 탑승의자, 호이스트로 구성되어 있습니다.

ㆍ중앙타워 : 높이 78m, 최대지름 2m의 긴 원뿔 모양

ㆍ탑승의자 : 지름 9m의 원을 따라 40개 (40명 동시 탑승)

ㆍ호이스트 : 탑승의자와 4개의 고리로 연결

의자는 562kw의 강한 전기모터에 의해 레일을 따라 상승하게 되는데 호이스트는 직선으로, 의자는 원을 그리면서 올라가게 됩니다. 호이스트의 최고 높이는 아파트 25층, 지상 60m이며, 여기서 3초간 정지를 합니다. 올라오면서 받은 힘을 없애기 위한 것이죠. 3초 후 호이스트에 있던 4개의 고리가 풀리면서 탑승의자가 떨어지는데 낙하거리는 35m, 시간은 2.5초, 속도는 시속 88km입니다.

자이로드롭은 의자 뒤에 12개의 긴 말굽모양 자석과 타워 중앙에 12개의 금속판을 각각 갖고 있는데, 이 두 물체는 지상 25m 높이에서 서로 만나게 됩니다. 이때 영구자석과 순간적으로 자석이 된 타워의 금속 사이에는 강한 반발력이 생기게 되고, 자이로드롭은 이 반발력에 의해 순간적으로 멈추게 되는 것입니다.(렌츠의 원리, 맴돌이전류)

5. 수학, 과학 용어(science, mathematics)

-속도

단위 시간 동안에 이동한 위치를 나타내는 벡터량으로 물체의 빠르기를 나타냅니다.

벡터의 값으로 표기하여 방향까지 나타내는 점이 속력과 다른 점입니다.

-벡터

크기와 방향을 가지고 있는 양으로 화살표로 표시합니다.

-초기속도

물체의 처음 속도를 나타내는 말로, 어느 한 점에서 자유낙하 하는 물체의 속도는 0입니다.

-가속도

속도 벡터가 단위시간 동안 얼마나 변했는지를 나타내는 벡터량입니다.

가속도 값이 (+)이면 가속, (-)이면 감속입니다.

-중력가속도

지구 중력에 의하여 지구상의 물체에 가해지는 가속도이며, 9.8m/s2 값을 보편적으로 적용합니다.

-알짜힘

합력이라고 부르며, 물체에 작용하는 모든 힘의 벡터량을 더한 값입니다.

맴돌이월드

학습목표

맴돌이월드를 만들고

맴돌이전류를 이해할 수 있습니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

일반적인 브레이크와 자이로드롭의 브레이크의 다른 점은 무엇일까요?

◎ 미리생각해보기

도안1 1장, 도안2 1장, 네오디뮴자석 1개, 알루미늄관 1개,

구리테이프 3개, 플라스틱관 1개, 양면테이프

(※ 직접 준비하세요 : 가위, 칼)

◎ 실험준비물

1. 도체(구리, 알루미늄)와 부도체(종이, 플라스틱) 내에서 자석의 이동 속도가 다른 이유는 무엇일까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점