역학적평형 시리즈2-균형잠자리(무게중심)

이번 포스팅은 역학적평형의 2번째 내용으로 무게중심과 관련된 균형잠자리 만들기 활동입니다. 초, 중학교에서 무게중심과 관련하여 가장 많이 실시하는 탐구활동 중의 하나죠?

무게중심과 관련한 실험은 무궁무진한 것 같습니다. 과학동아리 활동의 주제가 갑자기 생각나지 않을 때 아주 유용한 실험입니다. 준비물도 간단하구요. 자 그럼 균형잠자리 만들기에 대해 살펴보도록 합시다. 

바로 수업에 들어가기 전에 학생들의 호기심을 유발시킬 수 있는 간단한 질문을 던져 보세요.

◆ 생각열기

 

Q1) 이탈리아의 도시 피사에는 신기한 건물 중 하나로 손꼽히는 ‘피사의 사탑’이 있어요. 1174년 건축되기 시작한 이 탑은 1층이 완성되자마자 기울기 시작했는데, 이 곳이 해안지대의 모래와 점토로 이루어져 있어 탑의 무게를 이기지 못해 가라앉았기 때문이에요. 그러나 매년 남쪽으로 1mm씩 기울고 있음에도 아직까지 쓰러지지 않는다는데, 그 이유는 무엇일까요?

Q2) 모양이 불규칙한 돌들이 쓰러지지 않고 불안정한(?) 상태로 있습니다. 어떻게 이런 것이 가능할까요?

[교사 tip]

물체의 무게중심에서 지면에 수직으로 내린 수선이 물체의 밑면적 범위 내에 있을 때 물체는 쓰러지지 않고 안정적으로 있을 수 있음을 다시 한번 확인하게 한다. 

 

 

◆ 탐구활동 : 균형잠자리 만들기

균형잠자리 도안.hwp

1. 준비물 

  : 잠자리 도안, 두꺼운 도화지, 풀, 가위, 색연필 또는 사인펜

2. 실험 방법

1) 잠자리 도안을 예쁘게 색칠하고, 두꺼운 도화지에 풀로 붙인 후, 자른다.

2) 꼬리 부분에 풀칠을 하고 날개 그림 위에 붙인다.

3) 손 끝이나 책상 모서리 등에 잠자리의 머리를 놓아본다.

[교사 tip]

  종이를 오릴 때 대강 오리는 경우가 있다. 그림의 선을 따라 정확하게 오려 부품을 붙이도록 한다. 그리고 종이를 구부리면 무게중심의 위치가 바뀔 수 있으므로 종이를 구기지 않도록 주의하도록 한다.

◆ 추가 탐구활동 : 누가 떡을 먹을 수 있을까?

  여학생들과 남학생들이 함께 있을 경우에는 아래와 같은 활동도 학생들에게 많은 인기가 있습니다.

모든 물체는 무게중심을 가지고 있으므로 사람에게도 무게중심이 있다. 몸으로 체험하는 실험을 통해 남녀의 무게중심의 위치 차이로 인해 남자와 여자의 행동양식에 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 

남학생과 여학생 각 1명씩의 지원자를 선발하여 매트를 깔고 그 위에 무릎을 꿇고 앉게 한다. 발끝에서 무릎까지 정도의 길이에 해당하는 무릎 앞의 위치에 작은 물체(동전, 지우개 혹은 떡 등)를 놓고, 양 손을 뒤로 모으게 한 상태로 상체를 조금씩 낮추어가며 코가 물체에 닿을 수 있는지 확인해보도록 한다.

[교사 tip] 남자는 여자에 비해 어깨가 넓고 골반이 좁아서 무게중심이 위쪽에 있다. 때문에 무릎을 꿇고 양손을 뒤로 한다음에 앞쪽에 무언가 놓고 허리만 굽혀서 입으로 집으려 하면 남자들은 보통 무게중심이 앞으로 쏠려서 쓰러지게 된다. 반면에 여자는 무게중심이 좀 더 아래에 있기 때문에 쓰러지지 않고 쉽게 집을 수 있다. 이 실험은 여자가 일반적으로 더 안정되어 있다는 것을 보여준다. 그러나 이것은 남녀의 일반적인 기준이므로 개인차가 있을 수 있다. 남자들 중에서도 잘 구부려지는 경우가 나타날 수 있다. 이는 몸의 질량분포 차이지, 남녀의 성별차이는 아니다.

이상으로 무게중심과 관련된 균형잠자리 만들기 활동에 대한 포스팅을 마치도록 하겠습니다. 앞으로도 역학적평형과 관련된 탐구활동 시리즈는 계속됩니다. 

기대해 주세요^^

그리고 역학적평형(무게중심)과 관련한 아주 좋은 시뮬레이션(가상실험) 자료가 있습니다. 아래의 링크를 참고하세요.

링크1

무게중심(http://yjh-phys.tistory.com/147)

링크2

지레의 원리(http://yjh-phys.tistory.com/144)