CD케이스로 물컵 회전시키는 기구 만들기(관성,원심력)

 

물컵을 회전시키는 기구를 만들기 위해서 예전에는 접시에 드릴로 구멍을 뚫고 실을 감아 만들었었다.

그런데 막상 실험하기 위해 접시를 구하는 것 부터 문제가 되었다.

 

그래서 교실에서 학생들과 쉽게 만들 수 있는 방법을 고민하게 되었다.

접시보다는 구하기 쉬운 CD케이스를 이용해 드릴로 구멍을 뚫고 실을 묶어 만들어 보았는데

몇가지 문제가 발생했다.

https://youtu.be/y52k9MG-8vc?si=6TcQb3NvyH8nc2cp

 

첫째는 CD케이스에 드릴로 구멍을 뚫다 보니 CD케이스가 잘 깨졌다.

둘째는 CD케이스 표면에 올려 놓은 컵이 마찰력이 작아서 잘 미끄러져서 실험해 실패하곤 했다.

CD케이스에 표면에 컵 바닥 크기로 돌아가면서 스카치테이프를 붙여 해결하긴 했지만

뭔가를 추가할때마다 재료가 늘어나고 시간도 오래 걸려 불편했다.

 

CD케이스를 꼼꼼히 살펴보다 좋은 아이디어가 떠 올랐다.

왜 실은 항상 CD케이스의 모서리에 묶어야 하는 걸까? 어디에 묶더라도 균형만 유지할 수 있으면 되지 않을까?

 

그래서 CD케이스에 구멍을 뚫지 않고 직접 실을 묶기로 했다

(예전에 철끈을 묶어본 사람이라면 풀리지 않고 단단하게 끈을 묶는 법을 알 것이다.)

 

대칭이 되게 4군데 실을 묶어보니 드릴을 사용할 필요가 없어졌고, 또하나 묶인 실의 위치를 조절하여 컵 바닥면을 감싸게 하니 스카치테이프 등을 붙이지 않아도 컵이 미끄러지지 않게 되었다.

 

그래서 최종 완성품을 만들 수 있었다.

 

CD케이스와 실만 있으면 언제라도 간단하게 물컵을 돌리는 실험기구를 간단하게 만들 수 있다.

(CD케이스가 없다면 사과상자와 같은 두꺼운 종이를 잘라서 만들어도 된다.)

 

참고로 실은 G마켓 뜨개질 실 파는 곳에서 제일 두꺼운 순면콘사 24합 - 무색(약 7000원) 으로 구입하였다.  

 

 

      

 

 

<추가실험>

 

컵안에 물위에 종이배를 띄워 놓고 돌리면 종이배는 어떻게 될까?

 

왜 그럴까?

 

    

      

 

 

종이배를 띄워 놓고 돌려도 종이배는 아무 이상이 없다. 위로 돌아갈때도 원심력 때문에 밀도가 큰 물이 위쪽으로 밀리고 밀도가 작은 배는 그 위에 떠 있게 되므로 아무 이상없이 회전시킬 수 있다.

 

지구가 둥근데 지구 아래쪽에 있는 배들도 거꾸로 뒤집혀서 바다위에 떠 있는 것과 같다.

회전하는 동안 위쪽에 있을때는 관성력이 위쪽으로 작용하기 때문이다.

<추가> 엄청 빠르게 회전시키면 종이배는 물위에 떠 있을까? 가라 앉을까?

종이배가 물위에 떠 있는 건 부력이 중력보다 크기 때문인데, 물컵을 빠르게 회전시키면 중력이 커지는 것과 같은 효과가 나타난다. 물은 거의 압축되지 않으니까 부력은 거의 변화가 없을 것이고, 중력은 점점 더 커질테니까, 가라앉을 것으로 예상된다. 

 

이 실험을 이용하면 둥근 지구의 아래쪽에 매달려(?) 있는 사람들은 어떻게 생활할 수 있는지를 설명할 수 있다. 아래링크 참고

https://sciencelove.com/2059

지구가 둥글다면 아래쪽에 있는 사람은 어떻게 생활할까?

 

<추가>

참사이언스몰에 부탁해서 키트로 만들어 보았다. 실을 매듭짓지 않고도 만들 수 있어서 좋다. 나중에 분해해서 가지고 다니기도 쉽고, 한반에서 실험하고 분해해서 옆반 가서 만드는 것 부터 다시 실험할 수도 있다.

키트 만드는 방법은 아래 영상 참고

아래 영상에 관성계에서 물컵의 모습을 보는 영상도 포함되어 있다. 

https://www.youtube.com/watch?v=IpY-rGRIxTg

 

물컵 회전판 위에 카메라를 설치하고 물컵과 함께 돌면서 관찰을 하면, 외부를 보지 않는한, 자신이 돌고 있다는 것을 알아내기 쉽지 않다. 

마지막에 빠르게 회전시켜 보았는데, 물위에 떠있는 물체는 따라서 회전하지 않고 멈춰있는 모습도 볼 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=lcHRX-tGJ0w

 

물컵 돌리기 또 다른 실험

https://sciencelove.com/482970

물컵 회전 시키기 초간단 실험 (관성, 원심력)