역학적평형 시리즈1-컵위의 동전

역학적 평형과 관련된 수업자료를 포스팅합니다. 시리즈로 발행 예정이구요. 그 첫번째로 아주 간단하고 잘 알려진 실험이죠. 바로 컵 위에 동전 올려놓기입니다. 학생들의 지도에 도움이 되길 바랍니다. 또는 학생이라면 쉽지 않겠지만 이해하려고 노력해 보시구요. 자 그럼 역학적평형과 관련된 탐구활동을 시작합니다.

◆ 생각열기

Q1) 사진의 사람들은 아슬아슬한 포즈로 균형을 잡고 있다. 어떻게 쓰러지지 않고 균형을 잡을 수 있는지 생각해봅시다. 

[교사 tip] 두 사람의 무게중심의 연직선이 지면과 닿는 손 또는 발에 있기 때문에 쓰러지지 않고 자세를 계속 유지할 수 있다.

Q2) 다음 동영상(http://www.youtube.com/watch?v=A6V0xI2tvEw)을 보고, 의자를 많이 쌓기 위한 의자의 조건을 생각해보자. 또, 서커스단의 접시돌리기에 사용되는 접시와 막대에는 어떤 특징이 있을까?

[교사 tip] 의자의 다리가 짧고, 앉을 수 있는 면적이 넓을수록 쌓을 수 있는 의자의 개수를 늘릴 수 있고, 무게 중심이 의자 내부에 있도록 하는데 용이하다. 또, 접시는 밑면에 테두리가 있거나 움푹 패어 있고, 막대는 탄력성이 있는 가는 것이 좋다.

탐구활동1 : 물컵 가장자리에 서 있는 동전

1. 준비물 : 포크 2개, 투명한 물컵, 500원 동전

2. 실험 방법 및 과정

1) 동전 하나를 컵의 가장자리에 올려 놓은 후 동전이 계속 안정적으로 균형을 유지하는 방법에 대해 생각해보자.

2) 포크를 활용하여 동전이 컵의 가장자리에서 눕히거나 세워진 채로 균형을 유지할 수 있도록 조작해보자.

3) 조작한 모형을 그림으로 나타내고, 다른 학생들의 경우와 비교해보자.

아래는 이 실험과 관련된 동영상입니다. 

[교사 tip] 동전을 투명 물컵 가장자리에 세우는 방법으로 두 개의 포크 사이에 동전을 끼워서 물컵 끝에 올려 놓는다. 동전은 물컵 가장자리에 가로로 눕힐 수도 있고, 세로로 세울 수도 있다. 동전이 균형을 유지하는 이유에 대해 생각해 보도록 유도한다. 학생들이 조작할 때 중심을 잘 잡지 못한다면 왜 그런지에 대해서도 생각해보도록 유도한다(무게중심을 낮추도록 포크를 아래쪽으로 꺾고, 포크의 손잡이가 무거운 것을 사용한다). 동전을 유리잔의 가장자리에 가로로 놓을 때는 포크의 무게가 가벼운 것을 사용하여 무게중심이 거의 두 포크의 중심 위에 놓이도록 해야 한다. 손잡이가 무거운 포크를 사용하면 무게중심이 아래로 내려가 동전을 가로로 놓을 수 없다. 그러나 가장자리에 세로로 세울 때는 손잡이가 무거운 포크를 활용하는 것이 유리하다.

이상으로 역학적 평형과 관련한 컵위에 동전 세우기에 대한 탐구활동을 마칩니다. 다음 포스팅도 기대해 주세요.