[신나는 과학이야기] 도르래와 축바퀴 뭐가 다르지?

서울시과학전시관을 찾아서

청명한 가을 하늘 아래 아침 저녁엔 선선하고 한 낮에는 더운 날씨가 계속되고 있다. 서울특별시과학전시관의 물놀이 체험마당에서 시원한 과학의 바람을 느껴보는 것은 어떨까? 물놀이 체험마당은 아르키메데스 운동 장치, 음악 분수, 파이프 전화, 다람쥐 펌프 등 직접 작동해볼 수 있는 전시물로 구성되어 있다.

●엘리베이터·거중기도 도르래 원리 이용

바퀴에 줄이나 체인 등을 걸어 힘의 방향이나 크기를 바꾸는 도구를 도르래라고 한다. 하나의 축에 크기가 다른 두 바퀴를 고정시켜서 작은 힘으로 무거운 물체를 끌어올릴 수 있도록 하는 도구를 축바퀴라고 한다. 도르래에는 힘의 이득은 없고 방향만 바꿀 수 있는 고정 도르래와 적은 힘으로도 움직일 수 있도록 하는 움직 도르래가 있다. 도르래는 우리 생활에 없어서는 안될 엘리베이터에 사용되고 있고, 조선시대에 수원 화성을 지을 때 정약용이 고안한 거중기에도 활용되었다.

체험마당에는 대형 고정 도르래, 움직 도르래, 축바퀴와 연결된 의자에 앉아 줄을 당기면서 일정한 높이로 올라가기 위해 필요한 힘의 크기를 비교해 볼 수 있다.

●왜 얼음판 위의 요정들이 팔을 오므리고 회전할까?

각운동량 체험기의 회전 원판에 올라서서 팔과 다리를 벌렸다 오므렸다를 반복하면, 몸이 회전하는 속도가 변하는 것을 느낄 수 있다. 각운동량이란 회전운동하는 물체의 운동량을 가리키는 것인데, 물체의 질량과 속도·회전 반경의 곱으로 구할 수 있다. 회전하는 물체의 각운동량은 외부의 힘이 작용하지 않는 한 일정하게 보존되는데, 팔이나 다리를 오므리면 회전 반경이 작아지므로 회전 속도가 빨라지게 되는 것이다. 다이빙할 때 몸을 움츠리는 것도 이와 같은 원리이다.

●물로 소용돌이를 만들어보자

물 종합 운동 장치는 물의 낙차를 이용한 전시물인데, 자유낙하 수차와 물 소용돌이 실험장치가 눈길을 끈다. 자유낙하 수차는 물레방아에 달린 8개의 양동이에 물이 떨어질 때 물레방아가 돌아가는 전시물이다. 그런데 이 물레방아는 한 방향으로 돌지 않고, 양동이 안에 든 물의 양에 따라 다른 방향으로 회전한다. 물의 소용돌이는 물이 담긴 통의 밑바닥 구멍으로 물이 빠져나갈 때 통이 회전하는 속도가 빨라지면서 물이 원심력에 의해 바깥 쪽으로 밀려서 물 기둥의 가운데에 공기 기둥이 생기는 것이다. 통의 아래쪽으로 갈수록 수압이 커지기 때문에 공기 기둥은 아래쪽으로 갈수록 가늘어진다. 집에서도 물의 소용돌이를 만들어 볼 수 있다.

페트병 하나에 물을 반쯤 넣고 페트병의 입구에 또다른 페트병의 입구를 대고 고무찰흙으로 단단히 붙인다. 물이 담긴 페트병을 위쪽으로 오도록 하고, 고무찰흙으로 붙인 부분을 손으로 잡고 빠르게 돌리면 된다.

■ 서울특별시과학전시관 가는 길

서울특별시과학전시관에는 물놀이 체험마당뿐만 아니라 화훼원, 작물원, 곤충생태관, 암석관찰원, 야생화관찰로 등이 있어 다양한 분야의 과학을 맛볼 수 있다. 특히 30일까지 호주국립과학기술센터의 전시물을 체험해볼 수 있는 ‘생각을 키우는 과학체험전’이 열린다. 지하철 2호선 낙성대역 4번 출구에서 마을버스를 이용하면 쉽게 도착할 수 있다.

자세한 내용은 홈페이지(ww w.ssp.re.kr)를 참조하면 된다.[phone].



김경은 영동중학교 교사