창의적 산출물 결과보고자이로드롭의 브레이크 원리와 실험

계남초등학교 5 학년 공정원지도교사 전혜원 선생님

자이로 드롭◦ 얼마나 무거울까 ?◦ 어떻게 멈출까 ?◦ 안전한 방법일까 ?◦ 필요한 재료는 무엇일까 ?

연구동기

탐구 기간 탐구 내용

6 월 12 일 ~ 7 월 9 일 자료조사

7 월 10 일 ~ 7 월 30 일 실험장치 제작

7 월 31 일 ~ 8 월 27 일 실험 및 내용정리

8 월 28 일 ~ 9 월 11 일 보고서 및 발표자료 작성

연구기간 및 방법

1998 년 세계 최초로 롯데월드에 설치된 자이로드롭은 1994 년 세계유기시설 공원협회서 처음 소개된 놀이기구로 중앙의 타워 , 탑승의자 , 호이스트로 구성되어 있습니다 .

자이로 드롭이란 ?

자이로드롭은◦ 자석을 이용◦ 자석은 전자석

전자석은◦ 전류가 흐르는 전선 주위에 자기장이 발생하여 자석과 같은

역할을 하는 것◦ 특히 전자석은 자석의 세기를 조정할 수 있음

이런 이유로 전자석을 사용합니다 .

자이로드롭의 멈춤원리

자이로드롭의 추락사고◦ 없었음

기타사고◦ 2010 년에 시스템오류로 자이로드롭이 상공에서 20 분 동안

멈춰 있었음

자이로드롭의 사고는 ?

의자의 무게◦ 의자 한 개의 무게 : 2kg◦ 의자의 개수 : 40 개◦ 의자 총 무게는 약 80kg

사람의 무게◦ 사람 한명을 70kg 라고 가정◦ 사람의 총 무게 : 2800kg

자이로 드롭의 무게◦ 80kg + 2800kg = 2880kg

자이로드롭의 무게는 ?

위치에너지◦ 높은 곳에 위치한 물체의 에너지◦ 다시 말해서 지구가 잡아당기는 힘 ( 중력 ) 에 의한 에너지◦ 중력이 일정하다고 가정하고 땅을 기준 높이 (0 미터 ) 로 정할

때 , 지표면으로부터 높이 h 에 있는 물체가 지표면에 도달하는 동안 중력이 물체에 하는 일 ( 위치에너지 ) 은 mgh 로 계산 가능

질량이 1kg 인 공이 높이 1m 일 때의 위치 에너지◦ 9.8 N × 1 kg × 1m = 9.8 [N.kg.m] = 9.8 [J]

자이로 드롭의 위치 에너지◦ m = 2880kg, g = 9.8N, h = 60m 따라서 1,693,440[J]◦ 이것은 질량이 1kg 인 공을 높이 1m 에서의 위치 에너지의 172,800 배

자이로드롭을 멈추기 위해서는 ?

가설설정◦ 자석의 힘이 셀수록 멈추는 힘이 더 셀 것이다 .◦ 금속의 종류에 따라 멈추는 힘이 더 셀 것이다 .

실험 준비물◦ 자석 , 금속 봉 , 스톱워치

실험 방법◦ 알루미늄 , 황동 , 쇠 파이프 등을 준비한다 .◦ 알루미늄 , 황동 , 쇠 파이프에 자석이 아닌 물건을 떨어뜨리고

시간을 측정한다 .◦ 알루미늄 , 황동 , 쇠 파이프에 자석을 떨어뜨리고 시간을

측정한다 .◦ 자석의 개수를 바꿔가며 시간을 측정한다 .

연구내용

실험장치

황동파이프 8.5

cm

5mm

3.3cm

알루미늄파이프 8

.5cm

5mm

3.3cm

동전을 떨어지는 속도가 너무 빨라 정확한 낙하시간을 측정하지 못했다 . 파이프의 길이가 길어지면 동전이 떨어지는 속도도 측정이 가능할 것이다 .

여러 가지 동전

황동 파이프 알루미늄 파이프1 개 3 개 5 개 1 개 3 개 5 개

1 회 0.57 0.87 0.69 0.48 0.73 0.6

2 회 0.43 0.91 0.6 0.35 0.65 0.65

3 회 0.65 0.82 0.65 0.52 0.73 0.6

4 회 0.44 0.82 0.6 0.48 0.73 0.77

5 회 0.56 0.86 0.69 0.34 0.61 0.65

평균 0.53 0.86 0.65 0.43 0.69 0.65

네오디움 자석

네오디움 자석

실험 영상

자석의 개수에 따른 낙하시간 분석◦ 1 개 일 때는 자력이 약하여 낙하시간이 가장 짧다 .◦ 3 개 일 때는 자력이 더 강해져서 낙하시간이 더 길어진다 .◦ 5 개 일 때는 자력의 증가보다 무게의 증가가 더 커져서 3 개

일 때보다 짧다 . 파이프 재질에 따른 분석

◦ 황동파이프가 두께가 더 두꺼워서 더 느려진 것 같다 .◦ ( 아쉬운 점은 2 개의 파이프의 두께가 달라서 재질차이인지

두께차이인지 알 수 없었다 .) 쇠 파이프로 하는 경우의 가정

◦ 파이프 중간에 자석이 붙어서 실험을 할 수 없을 것 같다 .

최종결과

자이로드롭이 전자석으로 멈추는지 몰랐고 , 자이로드롭의 사고가 인명사고가 없어 다행인 것 같다 . 위치에너지의 계산이 어려웠고 단위가 처음 보는

것이라서 힘들었다 . 구리와 알루미늄파이프에 자석이 느리게 내려가는

것이 신기하다 .

연구하면서 느낀점

네이버 지식백과 애질런트 - 신과람 과학활동 2 : 전기와 자기

참고문헌

감사합니다 .