장력을 이용해서 안정된 구조믈을 만들어 내는 Tensegrity 라는 구조물이 있다.
장력과 인장력을 이용해 만들어진 미적으로 아름다운 구조물들을 보다가, 학생들과 만들어 보고 싶다는 생각이 들었다.
그래서 주변에 있는 물건들을 이용해서 도전해 보았다. 이것 저것 활용해 봤지만 생각처럼 쉽지 않다. 어느정도 변형되는 걸 버텨야 하고 실의 장력도 버텨야 한다.
그러다가 가장 구하기 쉬운 종이컵을 활용해 보기로 했다. 몇번의 도전 끝에 종이컴과 실 만으로 만드는데 성공했다.
학생들에게 과제를 내기 위해서 학생용으로도 만들어 놓았다. 아래 링크에 가면 학생과제용 텐세그리티 만드는 방법이 제시되어 있다.
https://sciencelovestudy.tistory.com/20
나만의 공중부양 종이컵 (Tensegrity)를 만들어 보자.
우선 동영상을 보자.
<제작 방법>
1. 준비물 : 종이컵 2개, 실, 송곳, 칼, 가위 필요에 따라 추가로 양파망과 같은 가는실
2. 제작방법 :
가. 종이컵 접합부위 두꺼운 부분을 남기고 종이컵 테두리에서 1cm 이상 위쪽을 테두리를 따라 칼과 가위로 자른다. 이때 접합부분은 반드시 종이컵 밑면에 두꺼운 부분의 일부를 포함해야 한다.
(접합부위가 다른 부분보다 튼튼 하기 때문에 나중에 실의 장력을 버티는데 중요한 역할을 한다. 종이컵 밑면에 튼튼한 부분도 남겨 놓아야 한다. 그래야 그곳을 실로 서로 연결할 수 있다. )
나. 같은 방법으로 1개 더 만들어 종이컵 2개를 준비한다.
다. 종이컵 바닥에 가상의 정삼각형을 그리고 꼭지점이 되는 부분에 표시를 한 후 송곳으로 구멍을 뚫는다.
라. 종이컵이 대칭이 되도록 마주 보게 한 후 다른 한개의 종이컵도 마주 보는 위치에 3개의 구멍을 뚫는다
안정된 구조물이 만들어 지도록 남겨 놓은 종이컵 접합부위 끝 부분을 송곳으로 구멍을 뚫고 서로 2.5-3cm 간격이 되도록 실로 단단히 고정한다.(만약 실의 길이가 변하게 되면 전체 구조물 실의 길이를 다시 조절해야 하기 때문에 풀리지 않도록 단단하게 묶어 고정한다.)
마. 아래쪽 종이컵 3곳 구멍에 실을 단단하게 고정한다. (실의 길이 조절은 위쪽 종이컵에서 할 것이다. 따라서 아래쪽 종이컵에는 3개의 실을 풀리지 않게 묶어 놓아야 한다.)
바. 위 종이컵을 잡고 구조물을 적당하게 세운 후 위 종이컵 구멍에 실을 느슨하게 한번만 묶는다.
사. 구조물이 잘 설 수 있도록 위쪽 종이컵에 묶은 실의 길이를 돌아가면서 조절한다.
( 위쪽 실은 계속 조절해야 하므로, 처음에는 한번만 묶어서 느슨하게 해 두고, 필요할 때 조금씩 실의 길이를 조절해 보자.)
아. 조절이 끝나면 실을 단단하게 묶는다. 필요없는 여분의 실들을 잘라내고 마무리 한다.
자. 공중부양 종이컵을 완성한다.
<추가사항>
1. 종이컵 공중부양 시키기
종이컵 구조물이 완성되면, 묶어 놓은 실을 얇은 실로 1개씩 교체해 보자. 양파망을 풀어 헤치면 얇은 실을 얻을 수 있다. 또는 눈에 잘 안보이는 얇은 투명 낙시줄이나 실을 이용해도 된다.
처음부터 얇은 실을 사용하지 않는 이유는 얇은 실은 생각처럼 매듭짓기가 쉽지 않기 때문이다. 안정된 구조물을 만들고 하나씩 얇은 실로 교체해 나가는 것이 만들기가 쉽다.
눈에 잘 안보이는 얇은 실은 매듭짓기가 쉽지 않을 수 있다 이런경우에는 스카치테이프를 이용해 붙여도 좋다. 잘 완성시키면 종이컵이 공중부양 하는 것처럼 보일 것이다.
2. 종이컵 버티기 시합
종이컵 구조물 위에 주변 물체를 올려 가면서 누가 더 많이 올려 놓아도 버티는지 시합해 보자. 튼튼하게 잘 만들어진 종이컵 구조물은 위에 올려 놓은 물체의 무게를 어느정도 버틸 수 있다. 누구 구조물이 더 균형이 잘 잡히고 튼튼하게 만들어 졌는지 겨뤄보자.
3. 종이컵 구조물 반복해서 세우기 시합
종이컵 구조물을 무너지게 했다 다시 세우기 시합, 누가 더 빨리 10번 무너지게 했다가 다시 세울 수 있는지 시합해 보자. - 무너지거나 세웠을 때는 종이컵을 만지고 있던 두손을 박수를 치고 진행해야 한다. 그래야만 횟수로 인정한다. 박수를 치는 동안 구조물이 무너지거나 하면 횟수로 인정하지 않는다.
4. 다른 재료로도 만들기에 도전해 보자
<과학적 원리>
과학적 원리에 대한 이론적 내용은 아래 출처에서 옮겨온 내용이 많다.
출처 : https://samsungblueprint.tistory.com/969
텐세그리티(Tensegrity)는 인장(Tension)과 구조적 안정(Structure Integrity) 의 합성어로 긴장상태의 안정구조를 말한다. 통뼈인 구조체와 이 구조체에 달린 케이블이 서로 밀고 당기며 구조체를 안정하게 유지시켜 준다.
구조체는 누르는 힘인 압축력을 받고 케이블은 당기는 힘인 인장력을 받게 되는데, 이 두 힘이 한쪽으로 기울지 않고 평형을 이두게 되는 것이다. 그래서 무너지지 않고 튼튼하게 서 있을 수 있게 되는 것이다.
그리고 텐세그리티 구조를 보면 속이 꽉 찬 대부분의 구조에 비해 기둥이나 재료의 수를 줄일 수 있게 되면서 가볍고 튼튼한 구조물을 만들 수 있게 되는 것이다. 하지만 가볍다고 해서 절대 약하지 않다. 텐세그리티 구조는 가볍지만 굉장히 튼튼하고 안정된 구조를 이루게 된다. 그리고 비용면에서도 경제적인 구조라 할 수 있다.
실생활에도 많이 적용되어 사용하고 있다. 등산가들이 짊어지고 다녀야 하는 텐트는 되도록 가벼워야 한다. 그렇다고 구조가 약하면 안된다 비바람이 불어도 버틸 수 있도록 튼튼해야 한다. 이럴 때 텐세그리티 구조가 사용된다. 또 무거운 자전거를 가볍고 튼튼하게 만들수도 있다.
우리도 실생활에 어디에 사용하면 좋을 지 생각해 보자.
수업시간에는 힘과 관련된 수업할 때 보여주면 좋을 듯 하다. 힘의 합력이나 장력 등등
<추가사항>
만약에 중간에 구조물을 버티게 하는 실을 끊어 버려서 인장력을 없애 버리면 어떻게 될까?
당연히 무너질 것이다.
하지만 실의 인장력을 대신할 다른 힘이 존재 한다면
아래 동영상에서 확인해 보자.
참사이언스몰에 부탁해서 키트로도 만들었다. 텐세그리티 만드는 키트 만드는 방법은 아래 영상참고
키트로 만들때 접착제나, 다른 도구를 사용하지 않고 만들 수 있고, 완성된 텐세그리티를 집에 가지고 갈 때 쉽게 분해해서 가지고 갈 수 있도록 만들었다.
참사이언스몰에 가면 더 자세한 제작 동영상을 볼 수 있다.
