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떠 오르는 모래시계라고 이름을 지어 봤습니다.

동영상은 학생들에게 이론적인 접근뿐만 아니라 관찰과 생각을 할 수 있도록 만든 문제입니다.

모래시계에 고무찰흙을 감싸서 물속에서 간신히 떠오르게 만듭니다.

그리고 시험관안에 물을 가득채운 다음 그 안에 넣습니다.

그럼 동영상 처음 부분처럼 당연히 떠오르게 됩니다.

문제는 이때 부터입니다.

이 시험관을 거꾸로 뒤집으면 시험과 위쪽이 아래쪽이 되므로

위에 떠 있던 모래시계는 시험관 아래쪽으로 이동하게 됩니다.

그럼 시험관 아래쪽에 위치하게 된 모래시계는 어떻게 될까요?


당연히 떠오르게 될 겁니다.

왜냐하면 모래시계의 밀도는 변하지 않기 때문입니다.

(학생들은 모래가 아래쪽으로 이동하니까 공기가 위로 올라와서 무게가 변할거라고 생각합니다. - 질량보존의 법칙에 의해 닫힌 모래시계 안에서 일어나는 변화는 모래시계의 질량을 변화시킬 수 없습니다. 질량보존의 법칙을 설명할때도 사용할 수 있습니다.)

그런데 실제로 뒤집어 보면 모래시계는 한동안 떠오르지 않습니다.

시간이 지나면 모래시계 안쪽에 있는 모래가 위에서 아래쪽으로 조금씩 이동하게 되고

그러다가 어느 순간이 되면 모래시계가 떠오르는 것을 볼 수 있습니다.

왜 그럴까요?

정답을 알려주지 않으면 많은 생각을 하게 하는 문제입니다.

 우선 동영상을 한번 보시죠



잘 관찰해 보면 변하는 것은

모래시계 안에 있는 모래가 위에서 아래쪽으로 이동한다는 것 외에는 다른 변화는 없습니다.

출근시간이 다 됬네요. 정답은 나중에 다시 적도록 하겠습니다.


Posted by 민서아빠(과학사랑)

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  1. 열받음 2014.03.03 06:26  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    이유가 뭐죠? 인터넷검색하다 여기까지 왔는데 역시 정답을 가르쳐주지 않네요
    약올리는 듯 ... 사긴가?

  2. 과학사랑 2017.02.10 16:30  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    선생님~~ 모래시계는 어디서 구입하신건가요?? 만드신거 처럼 보여서 뭘 가지고 만드신건지 아니면 구입하신건지 궁금해서 남겨봅니다. 시험관이랑 크기가 잘 맞아야 할꺼 같아서요..ㅎㅎ

    • 민서아빠(과학사랑) 2017.02.10 22:12 신고  댓글주소  수정/삭제

      판매되는 작은 모래시계를 찾고 그것과 크기가 제일 비슷한 시험관을 이용해서 직접 만들었습니다.
      부력을 맞추기 위해 찰흙과 철사를 감기도 했습니다. 찰흙을 위와 아래에 감아서 마찰력을 키우기도 했습니다. ^^

  3. 고운소리 2017.05.23 13:20  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    신기합니다.
    학생들이 탐구 할 수 있는 좋은 내용입니다.
    그런데 시간이 지나면서 떠오르는 이유가 뭘까요?
    정말로 궁금한데 -_-

    • 민서아빠(과학사랑) 2017.05.23 13:53 신고  댓글주소  수정/삭제

      마찰력 때문에 나타나는 현상입니다.
      잘 구성하면 학생들 탐구심을 키울 수 있는 문제이기도 합니다.

      분명 모래시계의 밀도는 물보다 작습니다. 그래서 물위로 떠오르게 만들어져 있습니다.

      모래시계 안에 모래가 위쪽에 있을때와 아래쪽에 있을때 달라지는 것은 모래시계의 무게 중심입니다. 질량은 절대 변하지 않습니다.

      따라서 모래시계에 모래가 위쪽에 있게 되면 모래시계는 무게중심이 위쪽에 있게 되므로 회전해서 무게중심을 아래쪽으로 보내려고 합니다.

      그런데 유리관에 위에 막히게 되니까 회전을 하지 못하고 결국은 모래시계의 위쪽 부분이 유리관의 벽면을 누르게 되지요. 이때 모래시계와 유리관 벽면 사이에 마찰력이 생기게 됩니다.

      시간이 지나 모래시계 위쪽에 있던 모래가 아래쪽으로 이동하게 되면 무게 중심이 아래쪽으로 내려오게 되므로 오뚜기 처럼 모래시계는 똑바로 서려고 합니다.

      그럼 모래시계와 유리관벽면 사이에 생긴 마찰력이 줄어들게 되므로 어느순간이 되면 모래시계는 위로 떠오르게 되는 겁니다.

      도움이 되시길