집에서 하는 간단한 과학실험 : 고정도르래와 움직도르래, 무게감 실험, 시행착오

집에서 하는 간단한 과학실험

실험목적: 고정도르래와 이동도르래를 사용하여 힘의 방향을 바꾸고, 물체에 가하는 힘의 차이를 체감
실험의의: 보통의 가정에서 진행 가능한 과학실험, 간단한 방식(적은 재료, 쉬운 재료, 쉬운 작업방법), 어린이에게 도르래의 원리 및 체감적(*) 도르래 원리 교육

[고정도르래 & 움직도르래 - 제작 및 작동 과정]

[고정도르래]
나무젓가락 둥글게 깎아 다듬기
골판지 박스 조각 4개(카드 반쪽 보다 작음)
- 대각선 'X' 줄을 그어 중앙 표시 > 송곳으로 뚫기
가운데 빈 곳 - 줄을 거는 곳
양쪽 두곳 - 행거로 고정시키는 곳
(현재는 실패작: 중앙 테이프 마감 > 마찰력 감소, 행거 거는 곳의 골판지가 고정되어 마찰력 큼 > 잘 안돌아감)

[움직도르래 제작과정]
줄을 거는 곳 - 테이프 심지 사용
도르레 바퀴 가이드 - 골판지를 육각으로 자름(모양은 육각이던, 사각이던, 동그라미던 상관 없음)

'X'자 표시로 정 가운데를 찾아 송곳으로 구멍 만들기
테이프심지에 본드 사용 및 양면 도르래 가이드 부착

본드 접착 후 무거운 책으로 눌러 놓음(약 10분 이상)
[도르래 중심축]
- 나무젓가락: 클립이 들어갈 정도로 작은 구멍 뚫기(송곳으로 흠을 낸 후 클립으로 계속 돌리면 아주 작은 구멍이 뚫림)

[나무젓가락 타공]
- 안경 드라이버(가장 작은 것)를 사용(다이소에서 약 2천원)
- 십자드라이버와 일자드라이버를 번걸아가며 타공 효과적
- 작업에 시간이 많이 걸려 사용하지 않기로 함

[클립 지지대]
롱로즈와 펜치를 사용하여 클립 펴기 > 'ㄷ'자 모양으로 재구성 > 한 쪽은 길게(도르래에서 빠지지 않도록)
도르래를 걸거나, 도르래에 물체를 달때 사용
클림 지지대의 길이는 도르래의 최대 반지름(가장 긴 축)보다 더 길어야 함
(그렇지 않을 경우 도르래가 걸려서 안돌아감 - 원 모양의 도르래가 아닐 경우 주의!)

[클립 연결부위]
셀로판 테이프 간단 마감

도르래 중심축의 클립
롱로즈로 'ㄱ'자 모양으로 꺾어줌

[완성]
줄을 당기면 움직도르래 아래 있는 물체(장난감)이 오르내기리 반복
압축봉과 행거 사용 - 윗면 고정

[움직도르래 주의점]
물체의 무게를 통해 중심이 잡힘
물체가 걸리는 부위를 꺾어서 도르래의 움직임에 따라 물체가 좌우로 흔들리지 않게 하는 것이 포인트
(그렇지 않을 경우 도르래가 뒤집어짐)
사진상의 줄 보다 좀 더 가는 줄 사용 권장
도르래의 가이드판은 좀 더 넓게 만들 것
(그렇지 않을 경우 마찬가지로 도르래가 잘 뒤집어짐)

[작업의 흔적들...]
대단한 기능을 가진 도르래가 아닌 최대한 간단하게 만들 수 있는 방향에 초점
예상보다 다양한 재료를 사용하였으나, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 물건들
조금 더 간단한 작업과정 필요 - 현 과정에서는 나무젓가락, 안경드라이버 등이 불필요함

[실험 결과]
고정도르래를 사용하여 물체를 들어올리는 힘의 방향이 바뀜
움직도르래를 사용하여 물체를 들어올리때 체감되는 힘이 감소(이론상 1/2 PWR, 도르레 자체무게 및 마찰력 제외)

[추후 개선 필요사항]
도르래바퀴 가이드가 실이 걸리는 영역보다 더 넓어야 함 > 움직도르래 균형유지
도르래 중심축이 더 작아야 함 > 움직도르래 균형유지
도르래 중심축(실이 걸리는 부분)에 마찰력이 있어야 함 > 작동 오류 해결
중심축과 지지대가 튼튼하게 연결되면서 마찰력이 적어야 함 > 추후 빨대 사용 예정 > 중심축 구멍의 손상 방지 및 마찰력 변수 감소
도르래에 걸리는 끈의 굵기가 좀 더 얇아야 함 > 끈의 도르래 이탈 방지

[▼ 고정도르레와 움직도르래를 사용하여 작동하는 모습]

https://youtu.be/Iv8RNeLV1rE