STEAM 프로그램(교사용).hwp

발간사

미래사회는 새로운 지식과 가치를 창출하고, 더불어 살 줄 아는 바람직한 인성을 갖춘 인재를 필요

로 하기 때문에 국가 경쟁력은 결국 훌륭한 인성을 갖춘 창의적 인재에 의해 좌우된다고 할 수 있

습니다. 이러한 창의적인 인재 한 명이 백만 명을 먹여 살릴 수 있는 부가가치를 창출할 수 있기 때

문입니다.

최근 선진국에서는 청소년들에게 새로운 환경 적응과 함께 적성과 소질에 맞는 진로를 탐색할 수

있는 계기를 제공하는 추세이며, 지식에 대한 수용과 암기보다 미래사회에 능동적으로 대처하기

위해 필수적인 핵심역량 중심 교육을 강조하고 있습니다. 이에 발맞추어 우리나라에서는 융합인재

양성을 목적으로 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등을 융합한 'STEAM'교육에 집중하고 있으며, 중

학교 교육과정 중 한 학기 동안 학생들이 시험부담에서 벗어나 꿈과 기를 찾을 수 있도록 수업 운

영을 토론, 실습 등 학생 참여형으로 개선하고 진로탐색 활동 등 다양한 체험활동이 가능하도록 교

육과정을 유연하게 운영하는 '자유학기제'를 2016년부터 전면시행 하게 됩니다.

국립중앙과학관은 청소년들에게 과학발명을 통하여 창의력을 계발하고 탐구심을 배양할 목적으로

[전국학생과학발명품경진대회]를 1979년부터 개최하고 올 해로 37회를 맞이하였습니다. '발명'의 사

전적 의미는 '아직까지 없던 물건을 새로 생각하여 만들어 냄'으로 무에서 유를 창조해 낼 수 있는

창의력과 융합적 지식은 물론 실생활의 불편함을 해소할 수 있는 문제해결력을 필요로 합니다.

이에 본 교재는 학생들이 발명에 더 쉽게 접근하기 위한 발명기법과 최근 5년간 [전국학생과학발

명품경진대회]에 출품된 20점의 우수 발명품의 제작과정을 소개하였으며, 더 나아가 기존 발명품

을 토대로 새로운 아이디어를 산출할 수 있도록 개발하였습니다. 본 교재가 미래 주인공인 창의력

을 갖춘 인재 양성에 필요한 자유학기제 창의체험교재로 활용되길 바라마지 않습니다.

앞으로 국립중앙과학관은 자유학기제, STEAM, S/W활용 등 다양한 과학기술 분야의 교육 콘텐츠를

개발할 계획입니다.

끝으로 본 교재를 개발하느라 수고하신 위원님들과 교재 편집에 힘쓴 관계자 모두에게 감사드립니다.

2015년 12월 7일

국립중앙과학관장 김 주 한

목 차목 차목 차

PART 1 - <발명과 아이디어>

1. 발명과 창의성 그리고 문제해결력 ·············································································· 9

2. 전통적인 아이디어 발상법 ························································································ 15

3. 트리즈(TRIZ) ··········································································································· 21

4. 만다라트(Mandalart) ······························································································· 29

5. 단순 아이디어 발상법 ······························································································ 37

PART 2 - <발명품 제작을 통한 아이디어 생성>

1. <트랜스포머 매직미러> 제35회 과학완구부문 ·································································· 47

2. <공간지각능력 향상 게임> 제34회 과학완구부문 ·························································· 55

3. <차렷! 액자!> 제33회 생활과학Ⅰ부문 ·········································································· 63

4. <발로 부는 호루라기> 제36회 자원재활용부문 ······························································ 71

5. <콘 아이스크림 받침대> 제35회 생활과학Ⅱ부문 ··························································· 79

6. <친절한 풍선도우미> 제34회 생활과학Ⅱ부문 ································································ 87

7. <안전 초 받침대> 제33회 생활과학Ⅱ부문 ···································································· 95

8. <블라인드 창호> 제36회 생활과학Ⅰ부문 ···································································· 101

9. <FUN 실내화> 제35회 자원재활용부문 ········································································ 109

10. <곤충 투호놀이> 제34회 과학완구부문 ····································································· 117

11. <꼭지 달린 빨대> 제33회 생활과학Ⅰ부문 ································································ 125

12. <깔끔한 캔들> 제37회 생활과학Ⅰ부문 ····································································· 133

13. <오뚝이 저축왕 저금통> 제35회 생활과학Ⅰ부문 ······················································· 141

14. <진공청소기 흡입구> 제32회 생활과학Ⅰ부문 ···························································· 149

15. <딱! 맞는 고무장갑> 제33회 생활과학Ⅰ부문 ···························································· 157

16. <옥수수 알 따는 기구> 제37회 생활과학Ⅰ부문 ························································ 163

17. <편리한 욕실 발판> 제35회 생활과학Ⅰ부문 ····························································· 171

18. <3D 과학원리 공부 세트> 제34회 학습용품부문 ······················································ 179

19. <골무형 반창고> 제33회 생활과학Ⅰ부문 ·································································· 187

20. <이진법 점자블록> 제37회 생활과학Ⅱ부문 ······························································· 195

발명과 창의성 그리고 문제해결력

National Science Museum 9

1 발명과 창의성 그리고 문제해결력

발명은 거창하게 보면 세상을 바꾸는 인간의 산물이다. 발명품이 만들어지며 인간의 삶은 동물과

구분되기 시작하였다. 인간을 인간답게 살도록 하는 발명을 하기 위해서는 어떤 것이 필요한지 알

아보자.

1. 발명이란?

발명은 라틴어에서 어원을 가지며 'inventio', 즉 '생각이 떠오르다'는 의미이다. 우리나라의 특허법

제2조 제1호에서는 발명을 '자연법칙을 이용한 기술적 사상의 창작으로서 고도한 것'으로 정의하고

있다.

그럼 발명의 시작은 어디서부터일까? 발명은 어느 날 세상에 없던 물건이 창의적인 생각에 의해

툭 튀어나오는 것일까? 아니면 인간이 세상을 살면서 무언가 불편한 점이 있고 이 불편한 점을 개

선하려는 노력에서 만들어지는 산물인 것인가?

사실 이 두 질문에 명확한 대답을 하는 것이 쉽지 않다. 첫 번째 질문에서는 창의성을 이야기 할

것이고 두 번째 질문에서는 문제해결력을 이야기할 것이다. 그렇다면 이 두 가지 능력은 상반된 것

일까?

2. 문제해결을 위한 창의적인 발상전환

발명에서 가장 중요한건 동기일 것이다. 동기를 보면 세상을 살면서 불편한 점, 있으면 좋을 것

같은 물건들을 새롭게 만드는 것이 발명의 시작이다. 세상에 불편한 점을 해결하기 위해 필요한 것

이 문제해결력이며 문제를 푸는 과정에서 창의적인 생각이 들어가는 것이다. 수학문제를 푸는 것과

같다고 생각하면 될 것 같다. 수학문제 풀이도 한 가지가 아니며 문제를 교과서에서 알려준 데로

풀 수도 있지만, 창의적인 발상을 통해 간단하게 해결할 수도 있다.

발명에서의 창의성도 이러한 맥락에서 적용이 가능하다. 일단 발명품이 만들어지기 위해선 동기

(문제)가 있어야하며, 이 동기를 해결하기 위해 문제해결력이 필요하고 문제를 빠르고 쉽게 해결하

기 위해선 창의적인 생각이 필요하므로 결국 뗄래야 뗄 수 없는 문제인 것이다.


10 Science Technology Engineering Arts Mathematics

학습목표 제시된 동기를 보고 해결해야 하는 문제가 무엇인지 알아보자.

◎ 제작 동기

비가 오는 날 베란다에서 빨래를 널고 계

시는 부모님을 도우며, 빨리 마르는 빨래

건조대를 만들면 좋겠다는 생각을 하였다.

공기 중 습도가 높은 날은 건조용 가로대

에 그냥 빨래를 널 경우 젖은 빨래의 서로

맞닿는 부분이 잘 마르지 않는다는 것을

알게 됐기 때문이다. 그렇게 잘 마르지 않

는 부분에선 나중에 좋지 않은 냄새가 나

기도 한다.

따라서 습도가 높은 날, 또는 실내에서

빨래를 말릴 땐 중간에 반드시 한 번씩 뒤집어 널어 공기가 직접 닿지 않는 부분도 잘 마

를 수 있게 해줘야 하는 번거로움이 있다. 건조용 가로대를 약간의 간격을 두어 두 줄씩

설치하면, 천이 맞닿지 않아 그 사이로 공기가 잘 순환되어 빨래가 잘 마를 거라는 생각을

하게 되었다. 또한 건조대 자체의 길이도 어느 정도 조절할 수 있게 만들어, 빨래가 많은

날에는 그 길이를 좀 더 늘여서 사용할 수 있게 하면 훨씬 편리할 거라는 생각도 하였다.

‣ 공기 중 습도가 높은 날은 빨래가 맞닿는 부분이 잘 마르지 않는다.

‣ 빨래가 천천히 마르면 좋지 않은 냄새가 나기도 한다.

‣ 습도가 높은 날에도 빨래가 빨리 마를 수 있도록 하고 싶다.



빨래 건조에 숨은 과학

◎ ‘빨래 건조’와 관련된 아래 질문을 통해 과학적 용어 또는 원리를 조사해보자.

1. 빨래는 왜 습도가 많은 날에 천천히 마를까?

빨래는 옷감을 적신 물이 공기 중으로 날아가

건조되는 것이다. 이는 증발과 같은 원리로 바

람이 많이 불어 공기의 순환이 잘되며 건조한

공기가 공급되면 더 빠르게 마르게 된다. 공기

중의 습도가 높은 날은 공기가 가지고 있는 수

증기가 많아 더 이상 새로운 수증기를 갖기 어

렵기 때문에 빨래 건조가 잘 되지 않는다. 빨

래가 빠르게 마르기 위해선 건조한 공기와 공

기를 잘 순환시킬 수 있는 바람이 필요하다.

빨래가 빠르게 마르기 위해선 건조한 공기와

공기를 잘 순환시킬 수 있는 바람이 필요하다.

2. 빨래가 천천히 마르면 왜 냄새가 날까?

빨래가 천천히 마르게 되면 빨래 속에 남아

있던 세균이 증식되어 시큼한 냄새가 나게 됨.

빨래에서 냄새가 나지 않도록 하기 위해선 세

균이 증식하기 전에 빠르게 마를 수 있도록 하

며, 빨래를 하는 도중 더 많은 세균을 죽일 수

있도록 식초를 넣는 것도 방법이 된다.

문제해결을 위해선?

수학문제를 풀기위해선 공식을 알아야 한다. 발명품에서 문제를 풀기위해선 과학의 원리를 알아

야 한다. 빨래 건조에 숨은 과학을 통해 문제를 풀기위한 실마리를 만들어보자.

1. 습도를 낮추자.

빨래를 말리기 위해 습도를 낮추는 방법은 세 가지 정도가 있다. 첫째는 공기 중의 온도를 높

여 포화수증기량을 늘리는 것이고 둘째는 공기 중에 있는 습기를 인위적으로 제거하는 것이며,

마지막은 빨래주변에 지속적인 공기를 불어넣어주어 빨래에서 증발된 수증기를 가져 습도가 높

은 공기는 날려주고 습도가 낮은 공기를 넣어주는 것이다.

2. 냄새를 나지 않게 하려면?

냄새의 원인은 세균이다. 세균을 죽이기 위해 염기성의 세제를 사용하여 세균의 단백질을 녹임

으로 세균을 죽일 수 있다. 세탁기에서 세제를 사용해 많은 수의 세균을 죽일 수 있지만 약간의

세균들은 남아있다. 이 세균들은 젖은 빨래에서 증식하여 냄새를 유발하기 때문에 빨래를 빠르

게 말리거나, 세균을 박멸해야 냄새를 없앨 수 있다. 빨래를 빠르게 말리기 위해 습도를 낮추는

방법이 있고, 세균을 박멸하기 위해 식초를 사용하기도 한다. 습, 세균을 박멸하기 위해 식초

를 사용하기도 한다.



나도 발명가 !

◎ 문제해결을 위해 새로운 빨래 건조대를 스케치해보자.

◎ 자신의 발명품을 평가하고, 발명품을 판매하기 위한 방법에 대하여 생각해보자.

자신의 발명품에 경제성, 편리성, 효과, 대상 등을 고려해 보도록 하자.

tip



최종 작품

◎ 빨리 마르는 빨래건조대 작품 스케치

<제36회 전국학생과학발명품 경진대회 '빨리 마르는 빨래 건조대'>

빨래를 널 수 있는 가로대는 두 줄로 되어 있고 너비 조절이 가능하다. 또한 건조대의 안쪽

틀을 밖으로 빼서 길이를 늘일 수도 있다.

전통적인 아이디어 발상법


2 전통적인 아이디어 발상법

발명품을 만들기 위해서는 아이디어가 있어야 한다. 하지만 어떠한 공식을 가져다 쓰는 것을 먼저

생각하기 보다는 문제가 무엇인지를 먼저 파악해야 한다. 문제가 없으면 문제를 해결할 공식을 적

용할 수 없기 때문이다. 문제를 파악하기 위해선 평소 내가 생활하는데 불편함은 없는지, 사회가

유지되거나 약자들이 생활하는데 문제가 없는지를 돌아보는 습관을 들여야 한다. 더욱 긍정적인 발

명을 하기 위해서 문제를 해결하는 것도 좋지만 새로운 것을 만들어 보는 것도 좋을 것이다.

1. 브레인스토밍(Brainstorming)

브레인스토밍은 영어단어의 합성어로 Brain(두뇌)에서 Storming(폭풍)이 몰아치듯이 아이디어를

생각해내는 발상법이다. 브레인스토밍의 가장 큰 장점은 여러 사람의 머릿속에서 짧은 시간동안 많

은 아이디어를 창출할 수 있다는 것이다. 특히 그룹 토의에 브레인스토밍을 적용하면 혼자만의 생

각에 빠질 수 있는 단점을 보안할 수 있다.

1) 브레인스토밍 규칙

브레인스토밍을 할 때 아무런 규칙 없다면 좋은 아이디어를 얻기 어렵다. 몇 가지 규칙을 정해보자.

· 타인을 적극 칭찬하는 자세 유지

· 상대방의 발언과 아이디어에 전적으로 호응

· 아이디어 질과 양의 우열을 따지는 것은 금물

· 다른 사람이 아이디어를 내면, 이어 또 다른 사람이 아이디어를 내는 규칙제정

· 타인의 아이디어에 자신의 아이디어를 덧 붙여 더 좋은 아이디어를 도출하는 규칙

※ 브레인스토밍 시 주의사항

감정에 치우친 진행은 잘못된 결과를 가져온다. 다른 사람의 아이디어를 성급하게 평가하면

새로운 아이디어 도출이 힘들어진다.

2) 브레인스토밍 절차

· 5명 정도로 그룹을 조직한다.

· 조직의 리더와 산출된 아이디어를 정리할 사람을 1명씩 정한다.

· 리더가 회의를 진행하며 자유롭게 아이디어를 낼 수 있도록 유도한다.

· 아이디어를 산출하고, 평가한 후 선정한다.

· 선정된 아이디어를 구현하기 위한 방법을 논의한다.



2. 마인드맵(Mind Map)

마인드맵은 '생각의 지도'란 뜻으로 자신이 알고 있는 단어와 관련되어 있는 사실 또는 지식을 나

열하여 정리하는 방법으로 인간의 사고력, 창의력 및 기억력을 높여 주는 방법을 말한다.

마인드맵의 특징은 어지럽게 널려있는 생각들을 정리해보고, 연관되어 있는 것들과 재조합하여 창

의적인 발명아이디어를 얻을 수 있다는 것으로 발명 이외에 과학적인 탐구를 하기 위해서도 종종

이용된다.

1) 마인드맵의 효율적인 작성 방법

· 주제어는 종이의 중심에서 시작한다.

· 주제어와 관련되어 있는 가지를 하나씩 확장한다.

· 주제어로부터 가지를 생각나는 만큼 계속 뻗어 나간다.

· 흰 종이 전체공간을 최대한 넓고 자유롭게 사용한다.

· 연관된 가지는 같은 색으로 표시하면 후에 생각의 정리가 쉽다.

2) 마인드맵의 작성절차

① 중심 이미지 구축

발명품의 핵심 주제어를 중심에 구축한다. 발명품을 제작할 때 문제를 중심어로 제시하여도 좋다.

② 주 가지 선정

: 핵심이 되는 주제어와 관련된 큰 주 가지를 선정하여 제시한다. 이때 색으로 구분하여 효과적

으로 분류할 수 있도록 정리한다.

③ 부 가지 및 세부 가지 만들기

: 주제와 관련된 부 주제를 세분화하고 이를 설명할 수 있는 세부가지를 만들어 낸다. 이때

머릿속에 떠오르는 모든 것을 기록하며, 그림, 글자, 혹은 그림과 글자를 혼합하여 구조화

시킨다.

④ 장⋅단점 파악 및 세부가지 정리

: 작성된 마인드맵을 통해 중심이미지의 장⋅단점을 파악하고 발명품에 응용할 수 있는 가지들을

정리하여 새로운 아이디어를 창출한다.



학습목표 제시된 동기를 보고 해결해야 하는 문제가 무엇인지 알아보자.

◎ 제작 동기 1

졸업식 날, 친구들과 나는 우리의 우정을 오래 간직하기 위해 선물을 교환하였다. 나는

친구들을 위해 예쁜 필통을 준비했고, 친구들에게선 화분을 하나 받았다. 시클라멘이라는

보라색 꽃이었는데, 이 꽃은 겨울이나 봄, 가을에 피는 꽃이라고 하였다. 여름에는 방학

때 만날 수 있으니, 학교에 다녀 만나기 힘든 봄과 가을에는 꽃으로 함께하자고 약속했

다. 그리고 3월이 되고 서로 다른 학교를 다니게 되었다. 일반계 고등학교에서는 야간자

율학습을 9시까지 하고, 학교에 있을 때는 핸드폰도 모두 제출해서 친구들과 연락하는

게 정말 쉽지 않았다. 우리학교에 입학해서 모든 게 다 새로워 적응이 되지 않아 친구들

과 만나 수다를 떨고 싶을 때면 시클라멘을 보며 위로를 하였다. 하루에도 몇 번씩 시클

라멘을 보고 애지중지 키우고 있을 때, 학교에서 발명 반에 들어가 밤늦게까지 발명 아

이디어 회의를 하고, 방과 후 수업을 늦게까지 받게 되었다. 수업이 끝나고 꼬불꼬불한

5·16 도로를 따라 버스 타고 집까지 가게 되면 녹초가 되어 바로 침대에 쓰러지곤 하였

다. 그러다 주말이 되어 방청소를 하고 있었는데, 책상 한 켠에 놓아 있던 시클라멘을 보

게 되었다. 바빠 신경을 쓰지 못하는 사이에 시클라멘이 시들어 있었던 것이 아닌가!

<이하 생략>

<제 36회 전국학생과학발명품경진대회 '스스로 물을 주는 화분'>

◎ 제작 동기 2

방학이 끝나고 교실로 들어섰을 때 가장 먼저 눈에 띈 것은 말라 죽어버린 교실속의

화분들이었다. 처음 가져왔을 때에는 너무나 이쁘고 생생했던 화분들이 방학동안 물을

주지 않아서 전부 말라버린 것이다. 나는‘한 번씩 학교에 들러 화분에 물을 줄 껄...’

하는 생각을 하였다. 집에서도 한 번씩 외출을 하게 되면 물을 주는 시기를 놓쳐서 식물이

마르는 경우가 생겼고 반대로 물을 너무 자주 주어서 오히려 썩어버리는 경우도 생겼다.

<이하 생략>

<제 36회 전국학생과학발명품경진대회 '물 걱정 No! 자동급수 저울화분'>

‣ 식물에게 물 공급해 주는 것이 쉽지 않고 번거롭다.

‣ 식물에게는 물을 많이 주어도 죽고, 적게 주어도 죽는다.

‣ 자동적으로 정확하게 식물에게 물을 줄 수 있는 장치가 필요하다.



브레인스토밍을 통한 해결

◎ 그룹 별 브레인스토밍을 통하여 다양한 아이디어를 모아보자.

◎ 다양한 아이디어 중 가장 좋은 아이디어를 선정하고 정밀한 스케치해보자.



마인드 맵을 통한 해결

◎ 마인드맵을 통하여 아이디어를 생각하여보자.

◎ 마인드맵의 결과를 조합하여 화분에 물을 줄 수 있는 방법을 고안하여보고 아이디어를 스케치해보자.



아이디어 비교 분석

◎ 기 발명된 작품과 나의 생각의 차이를 알아보자.

‘스스로 물을 주는 화분’ ‘물 걱정 NO! 자동급수 저울화분’

주변에 어항을 제작하여 수압 차에 의해

자동으로 물이 공급되는 원리

저울을 이용하여 무게가 작아지면(물이

흙에서 사라지면) 저절로 물을 공급하도록

제작

◎ 자신의 발명품과 비교하여 보자. 나의 발명품이 더 좋은 점은 무엇인가?

트리즈(TRIZ)


3 트리즈(TRIZ)

트리즈(TRIZ)는 발명 아이디어를 도출할 수 있도록 도와주는 것으로 러시아어 Teoriya Resheniya

Izobretatelskikh Zadatch의 약자이다. 트리즈는 1940년대 러시아의 학자 겐리히 알트슐러

(Genrich Altshuller)에 의해 만들어 졌다. 그는 200만 여건의 특허를 조사하여 어떤 공통의 법칙

과 패턴을 발견하였다. 모든 발명에는 하나이상의 모순(강도가 높아지면 무게가 많이 나감, 무게를

줄이면 강도가 떨어짐 등)이 포함되어 있으며 이러한 모순을 해결하기 위해 40가지의 발명원리를

개발하였다.

트리즈의 가장 중요한 포인트는 모순을 잘 정리하는 것이다. 모순에는 기술적 모순과 물리적 모순

이 있다. 기술적 모순은 어느 한 요소를 개선하고자 할 때, 다른 요소가 악화되는 상황을 말한다.

예를 들면, 철근의 강도를 높이면 무게가 증가하는 것을 들 수 있다. 물리적 모순은 어느 요소가

좋음과 나쁨을 동시에 갖는 것이다. 예를 들면 면도기 날의 성능이 높기 위해서는 날카로워야 하

나, 상처가 날 수 있다는 단점을 동시에 가진다.

1. 40가지 발명원리

트리즈의 40가지 발명 원리는 특허 분석을 통해 얻은 결과이다. 수 만 개의 우수한 해결책 중에

서 같거나 유사한 것을 묶고, 반복적으로 사용된 방식을 요약한 것이다. 이 원리는 효율적이기 때

문에 누구나 쉽게 사용할 수 있다.

NO 발명 원리 예

1 분할(Segmentation) 조립식 가구

2 분리(Extraction) 한약재 유효성분 추출

3 국소품질(Local quality) 다기능 공구

4 비대칭(Asymmetry) 비대칭 깔대기

5 병합(Merging) 오디오 세트

6 범용성(Universality) 침대용 소파

7 포개기(Nesting) 라디오 안테나

8 무게감감소(Counterweight) 건설용 기중기

9 사전 예방조처(Preliminary anti-action)페인트칠을 하지 않을 곳을

미리 테이프로 싼다.

10 사전 준비조처(Prior action) 미리 풀칠해 둔 벽지

트리즈(TRIZ)


NO 발명 원리 예

11 사전 보호조처(Brforehand cushioning) 예비 낙하산

12 높이 유지(equipotentiality) 선박 건조용 도크

13 반전(Inversion) 푹신한 침대 대신에 돌침대

14 타원체(Spheroidality) 컴퓨터 볼 마우스

15 유연성(Flexibility) 조정 가능한 핸들

16초과 또는 부족

(Partial or excessive action)이미지 압축기술

17 다른 차원(Another dimension) 덤프트럭

18 진동(vibration) 초음파 진동을 이용한 결석 파괴

19 주기적 조처(Periodic action) 잔디밭의 스프링쿨러

20유용한 작용의 지속

(Continuity of useful action)대형 화학 공장에서 24시간 가동

21 건너뛰기(Skipping) 주사를 놓을 때, 주사 바늘을 신속히 찌름.

22 전화위복(Convert Harm into Benefit) 음식물 쓰레기를 퇴비로 만든다.

23 피드백(Feedback) 온도 설정 자동 냉난방 장치

24 중간 매개물(Intermediary) 냄비를 놓은 냄비 받침

25 셀프서비스(Self-Service) 태양전지로 자동 충전되는 교통표지

26 복사, 복제(Copy, Copying) 사진 크기를 측정하여 실제 물체 크기 측정

27 일회용품(Cheap short-living objects) 일회용 카메라

28기계 시스템의 대체

(Replacing Mechanical System)전자석을 이용한 자기부상열차

29공압 및 유압

(Pneumatics and Hydraulics)물침대

30얇은 막

(Flexible Membrance and Thin Films)랩

31 다공성 물질(Porous Materials) 진공청소기 필터

32 색상 변화(Color changes) 주사 후 변색되는 주사기

33 동질성(Homogeneity) 소시지 포장지를 먹어도 되는 물질로 만듦

34 폐기 및 재생(Discarding and recovering) 캡슐로 된 가루약의 캡슐부분

35 특성 변화(Parameter Changes) 활어 운반 시 급속 냉동시켜 운반

36 상태 전이(Phase Transitions) 냉매를 이용한 냉장고의 냉동

37 열팽창(Thermal Expansion) 열기구

38 강한 산화제의 이용(Use Strong Oxidants) 병원 치료용 산소통

39 불활성 환경(Inert Envirionment) 식품 보관 시 진공상태로 보관

40 복합재료(Composite Materials) 복합재료로 만든 낚싯대

<출처 : 실전으로 배우는 발명·특허 윤상원지음, 한빛 아카데미 31~32P>

트리즈(TRIZ)


※ 트리즈(TRIZ)를 적용한 작품의 핵심 아이디어 구상 예시

관련 구분 작품의 핵심 아이디어

모순의

극복

트리즈

(TRIZ)

분할기법

적용

◑ 모순의 극복을 통한 문제해결방법 찾기

헤 드 부 기 둥 부

모순상황

❖망원경 접안 이후 일시적으로 위치 혹

은 방향에 대한 감각이 둔해질 수 있는데

이는멀리 보이는 것에 (망원경을 이용

하여) 가까워졌으나, 보기 원하는 것을

찾기 힘들다라는 모순상황으로 연결됨

❖고정식 기둥부는 고장의

가능성을 낮췄지만, 접안 후

관람자세가 불편하여 만족

도를 떨어뜨림

트리즈(TRIZ) 분할기법 적용

극복방법

❤관찰지점을 빠른 시간 내 찾을 수 있도

록 180°반경의 보이는 풍경을 9개 블록

으로 분할하고, 헤드 X축 좌우이동 동작을

잇수가 18개인 평기어를 이용하여 분할함

❤기둥부에 레크 앤 피니언

기어를 장착하여 높낮이 움

직임이 톱니에 의해 세분화

됨

목표 1상하좌우

이동

◑ 신개념 <풍경구획법>의 창조

- 구획법(quadrat method) : 일정한 넓이의 테두리 등 구획을 설정하여 그

속의 개체 수, 생물체량, 종수 등을 조사하는 방법 (두산백과 발췌)

- 풍경구획법 : 관찰자를 중심으로 180°반경의 풍경을 부채꼴로 테두리짓고

20°씩 구획하여 그 속의 다양한 사물이나 경치 등을 관찰하는 방법

- 풍경구획법에 따른 9개 구역에 고유번호를 부여하고 전망대 망원경 전용

관람안내도를 이용하여 구역 내 다양한 관찰지점을 안내함

◑ <평기어>를 이용한 절충식 헤드 개발

- X축 좌우이동 시 <평기어>를 사용하여 조작동작을 분할하는 의도된 제약을

더함

- 평기어는 작동기어(Driving gear)와 피동기어(Sign gear)로 구분

- 풍경구획법에 따른 9개 풍경구역에 맞추어 평기어 잇수는 18개임

- 선 자세로 망원경을 잡고 움직이면 피동기어(Sign gear)에 현재 망원경이

향하는 풍경의 구역번호가 표시되어 원하는 관찰지점이 속한 구역을 쉽고

편하게 찾을 수 있음

- Y축 상하이동 시 기존제품처럼 자유롭게 이동함

- 해당 풍경구역 안에서 자유롭게 망원경을 상하이동하여 관찰지점을 빠르게

찾을 수 있음

목표 2높낮이

이동

◑ 자유로운 키높이 조절을 위한 <레크 앤 피니언기어> 이용

- 핸들을 이용하여 <레크 앤 피니언 기어>를 작동시키면 망원경거치대의 높이

를 이용객의 키에 맞게 조정할 수 있음

- 기어가 외부에 노출되어 부식되지 않도록 주름자바라를 이용함

< 제36회 전국학생과학발명품 경진대회 >

“풍경구획과 기어를 이용하여 쉽게 찾고 편히 보는 전망대용 망원경 거치대”

트리즈(TRIZ)


학습목표 제시된 동기를 보고 모순되는 점이 어떤 것이 있는지 알아보자.

◎ 제작 동기 1

여름철, 장마가 오면 높은 습도와 더운 공기 때문에 선풍기를 틀고 생활을 하지만 에어

컨을 틀어도 환기는 시켜야 하기 때문에 창문을 열고 있었습니다. 그런데 빗물이 창문의

방충망 사이로 들이치는 바람에 베란다에 널어놓았던 빨래들이 다 빗물에 젖게 되었고 바

닥에도 빗물이 고이게 되었습니다.

어느 날에는 깜빡하고 창문을 열어놓고 외출을 하였습니다. 집에 돌아와 보니 창문으로

빗물이 다 들이쳐서 집안이 물난리가 된 적도 있었습니다. 그 빗물들을 닦아내며 빗물이

안으로 들어오지는 않고 환기를 시킬 수 있는 방법이 무엇이 있을까? 라는 생각을 하게

되었습니다. <이하 생략>

<제 35회 전국학생과학발명품경진대회 '바람은 솔솔 빗물은 Stop, 비막이 창'>

◎ 제작 동기 2

해마다 여름만 되면 집중 호우가 쏟아져 많은 피해를 내는 일이 빈빈하게 발생하는데,

기상청에서는 예측하지 못한 게릴라성 폭우라느니 엘리뇨현상에 의한 기상이변이라느니

하는 변명스러운 말만 되풀이하곤 한다. 창문은 채광(採光)이나 공기 순환을 위해 만드는

것으로 항상 잠궈 놓고 생활할 수는 없는 것이고 때로는 열어 놓고 생활을 해야 할 때도

있고 또 열어 놓고 외출을 해야 할 때도 있다. 외출했다 돌아와 보니 창문은 열려 있고,

빗물이 방안으로 넘쳐 들어와 온 집안을 물바다로 만들어 낭패를 당하게 되는 일을 누구

나 한 두 번씩은 경험했을 것이다. <이하 생략>

<제 23회 전국학생과학발명품경진대회 '비가 오면 저절로 닫히는 창문'>

‣ 환기를 위해선 창을 열어야 하고, 빗물을 막기 위해선 창을 닫아야 한다.

트리즈(TRIZ)


TRIZ로 찾은 모순을 해결하기

◎ TRIZ로 찾은 모순을 해결하기 위해 TRIZ의 원리를 이용해 보자.(아이디어 2개)

· 사용하는 TRIZ의 원리 :

· 아이디어 구상

· 사용하는 TRIZ의 원리 :

· 아이디어 구상

트리즈(TRIZ)




‘바람은 솔솔 빗물은 Stop, 비막이 창’ ‘비가 오면 저절로 닫히는 창문’

백엽상의 겉모습과 같이 바람은 들어오고 비는

막아주는 형태로 제작함

수분센서를 통해 비가 오는 것을 감지하여

저절로 창문이 닫히도록 설계함.

TRIZ의 병합의 원리를 이용하여 기존의

창문에 백엽상의 창을 결합하여 만들어진

작품

TRIZ의 피드백의 원리를 이용하여 비가 오는

것에 대한 반응을 할 수 있도록 발명품이

설계됨.

트리즈(TRIZ)


아이디어 보완


◎ 아이디어를 보완하여 작성해 보자.

만다라트(Mandalart)


4 만다라트(Mandalart)

이마이즈미 히로아키라는 일본의 디자이너가 개발한 아이디어 구상 기법으로 Manda(본질의 깨달

음)+la(달성 성취)+art(기술)의 합성어이다. 만다라트는 3×3 매트릭스를 활용하여, 자신에게 질문

하고 대답하며 빈 칸을 채워가는 기법이다.

매트릭스의 한 가운데 블록에 주제를 쓰고, 이를 둘러싼 8개의 블록에 주제와 관련 있는 것들을

하나씩 채워 가면 된다. 만다라트는 한 번에 끝나는 것이 아니며 8개의 나머지 블록이 새로운 주

제로 만다라트가 다시 시작되어 생각이 꼬리에 꼬리를 물고 전개되어 가는 것이 특징이다. 이 와

같은 장점으로 새로운 아이디어를 무한정 생산할 수 있다.

→

< 매트릭스 전개 형태 >



1. 만다라트 작성절차

만다라트를 이용하여 아이디어를 작성하는 절차는 다음과 같다

1) 만다라트를 준비한다.

만다라트의 한 가운데에 주제를 적는다. 한 예로 ‘우산의 다른 용도’라고 적는다. 떠오르는 것을

주변의 블록에 써 넣는다.

2) 8개의 블록을 채워 만다라트를 완성한다.

사용 방법, 사용 장소와 같은 요소를 고려하여 빈 칸을 채워나간다. 자신만의 발명요소를 정하여

시작하면 큰 도움이 된다. 8개의 빈 칸이 모두 채워지면 하나의 만다라트가 완성된 것이다.



3) 아이디어가 필요하면 만다라트를 추가한다.

만다라트는 기본적으로 8개의 칸이 다 채워지면 끝난다. 아이디어를 추가하려면, 8개의 블록 중에

서 한 가지 주제를 선택하여 새로운 만다라트를 만든다. 한 가운데에 새로운 주제를 놓고 나머지 8

개의 빈 칸을 채워나간다.

<출처 : 실전으로 배우는 발명·특허 윤상원지음, 한빛 아카데미 33~35P>



학습목표 제시된 동기를 보고 만다라트를 활용하여 발명품 아이디어를 구체화해 보자.

◎ 제작 동기

누나와 나는 한 살 차이.

엄연히 누나와 동생 사이지만, 때로는 친구처럼 티격태격, 장난을 치며 집안에서 잘 어울

려 노는 편이다.

그 날도 어김없이 누나와 함께 집안에서 장난을 치던 중 집안 이리저리를 뛰어다니던 나

는 누나를 피하려다 등 쪽에 충격을 받고 그 자리에 엎드려 아픔을 삭이고 있었다. 너무

아파 아프다는 말조차 나오지 않는 상황.

“방문 손잡이에 부딪혔네? 많이 아프냐?”라고 물어보는 누나의 말을 듣고 나는 누나를

피하려 뒤돌아서면서 튀어나와있는 방문 손잡이에 부딪혔음을 알 수 있었다.

우리 집 방문 손잡이는‘ㄱ’자의 형태로 구부러져 있는 손잡이로 잠금장치가 있는 부분

이 뾰족하게 튀어나와있고, 손잡이 자체로 바깥으로 많이 돌출되어 있는 형태이다.

며칠이 지나 문득 나보다 어린 동생들에게는 이마, 눈, 코, 입의 높이와 방문 손잡이의

높이가 비슷하다는 생각이 들면서 집안에서의 심한 장난이 큰 안전사고로 이어질 수 있다

고 생각하였다.

내가 부딪힌 우리집 방문 손잡이

어린 동생들이 돌출되어 있는 방문 손잡이로 인해 큰 사고를 당하지 않도록 하려면 어떻

게 해야 할까?

“방문 손잡이가 없어도 문을 열 수 있지 않을까?”

<제 36회 전국학생과학발명품경진대회 '손잡이 No! 안전한 방문 개폐장치'>

‣ 튀어나온 손잡이를 안으로 넣어야 하고, 경제적인 면을 고려하여 문을 열 수 있는 새로운

장치를 만들어야 한다.



만다라트를 통해 문제를 해결해 보자.

◎ 만다라트를 통해 문제를 해결해보자.





손잡이 No! 안전한 방문 개폐장치

최종작품 전체 부품 모습

장착된 최종 작품 닫혀있는 안쪽 모습

생각의 차이



아이디어 보완


◎ 아이디어를 보완하여 작성해 보자.

단순 아이디어 발상법


5 단순 아이디어 발상법

단순 아이디어 발상법은 말 그대로 발명 아이디어를 간단하게 얻는 방법으로 아이디어를 쉽게 얻

을 수 있지만, 창의성, 경제성, 실용성의 원리도 담고 있어 많이 사용되는 발상법이다. 이 아이디어

발상법을 지속적으로 사용한다면 창의적 마인드 고취는 물론 특허출원도 가능할 만큼의 아이디어

를 얻을 수 있다. 또한 만다라트의 한 부분을 채울 때도 사용하면 좋다.

1) 더하기 : 더 좋은 효과를 볼 수 있도록 한 가지 물건에 같은 것을 더해 보거나 다른 물건을 더

해본다. 또한 보이지 않는 이론을 더해볼 수도 있다.

2) 빼기 : 지금 사용하고 있는 물건 중에서 일부를 없애버렸을(빼버렸을) 때, 더욱 좋아지거나 편리

해질 수 있는 것이 있는지 살펴본다.

3) 모양을 바꾸어보기 : 사용이 불편한 것은, 모양을 바꾸어본다. 아주 편리한 형태로 바꿀 수 있다.

4) 반대로 생각해보기 : 현재 사용하고 있는 물건들이 반드시 최적은 아니다. 반대로 하여도 (거꾸

로 하여도) 재미있거나 심지어 더욱더 좋은 효과를 얻을 수 있다.

5) 새로운 용도 찾아보기 : 현재 사용하고 있는 물건이 다른 용도에 적용 가능한지 찾아본다. 좋은

아이디어는 다른 곳에도 얼마든지 쓸 수 있다.

6) 남의 아이디어 빌리기 : 남이 생각해 놓은 좋은 아이디어를 다른 곳에도 효과적으로 써먹을 수

있다.

7) 재료를 바꾸어보기 : 지금 사용하고 있는 재료(재질)를 바꿔보면 더 좋은 성능을 가질 수 있다.

8) 폐품을 이용해보기 : 못 쓰는 물건(버리는 물건)을 효과적으로 재사용할 방법을 연구한다.

9) 큰 것을 작게 하기 : 큰 것은 사용하기 불편하고, 가지고 다니기도 어렵다. 큰 것을 작게 해보면

편리한 점이 아주 많다.

10) 두꺼운 것을 얇게 하기 : 두꺼운 것은 다루기 어려워 여러모로 불편하다. 어떻게 하면 다루기

쉽게 얇게 만들 수 있을지를 고민한다.



12) 긴 것을 짧게 하기 : 긴 것은 거추장스럽고 불편하기 짝이 없다. 이것을 짧게 하면 더욱더 편

리하게 사용할 수 있다.

13) 무거운 것을 가볍게 하기 : 무거우면 옮기기 어렵고 힘이 많이 들어서 불편하기 짝이 없다. 이것

을 좀 더 가볍고 편리하게 움직일 방법을 찾는다.

14) 보이지 않는 것을 보이게 하기 : 보이지 않아서 답답하다고 느끼는 것을 투명한 재료를 사용하

여 속이 보이게 하면, 시원해지고 편리해진다.

15) 돌려보기 : 가만히 고정된 것을 돌려보면, 성능을 조절할 수 있거나 성능을 높일 수 있다.

16) 위험한 것을 안전하게 하기 : 위험한 물건은 신체에 상처를 입히기 쉬우므로, 좀 더 안전하게

만들어본다.

17) 재미있게 하기 : 어린이들은 재미있고 신기한 것을 좋아한다. 어떤 물건의 기능을 재미있게 바

꾸거나 만들면 된다.

18) 고정된 것을 움직이게 하기 : 고정된 것을 다양하게 움직여 보면, 유용한 아이디어를 얻을 수 있다.

19) 여성의 마음을 읽어보기 : 여성의 경제적 지위가 확고해지면서 여성층의 시장 구매력이 점점

높아지고 있다. 여성 소비자의 욕구와 특성에 맞는 아이디어는 성공확률이 높다.

20) 에너지 절약하기 : 세계적으로 에너지 절약은 공통의 관심사이다. 에너지와 자원을 절약할 수 있

는 아이디어는 큰 인기를 끌 수 있다.

21) 부모와 자식 사이, 사회적 약자 살피기 : 부모와 자식 사이는 가장 깊은 관계이다. 부모에게

효도하거나, 자식을 위해 사랑을 베풀 수 있는 아이디어를 찾아본다. 또한 사회적 약자들

을 위하여 제품을 개량한다.

22) 건강해지고 싶다는 심리를 활용하기 : 사람의 건강은 절대적으로 중요하다. 사람들의 건강을

지키기 위한 노력을 도와줄 아이디어를 찾아본다.



학습목표 제시된 동기를 보고 단순 아이디어 발상법을 이용하여 아이디어를 구상하여 보자.

◎ 제작 동기 1

우리 학교는 현재 건강증진모델학교입니다. 2년 전에 건강증진모델학교로 지정되어 지금

까지 3년째 하고 있으며 건강과 관련된 다양한 프로그램을 운영하고 있습니다. 그 중 처

음부터 선생님들께서 강조하셨던 것이 개인 위생생활이었습니다. 매일 손 씻기, 양치하기,

운동하기를 꾸준히 실천하고 있으며 학교에서는 양치 컵과 칫솔, 치약을 선물하여 친구들

과 후배들이 열심히 실천하도록 하였습니다. 매일 체크하면서 우수 실천학생은 표창을 받

기도 합니다. 우리 학교는 정말 건강한 학교로 변하고 있습니다.

그런데 어느 날 친구들과 사물함 청소를 하던 중 사물함 앞에 떨어져 있는 칫솔을 발견

하게 되었습니다. 선생님께 드리며 주인을 찾아달라고 말씀드렸습니다. 그 후로도 일주일

에 2~3개씩 떨어져 있는 것을 보게 되었습니다. 떨어진 칫솔의 주인을 찾는 경우 어떤

친구는 땅에 떨어졌다며 더럽다고 버리기도 하는 모습을 보았습니다. 칫솔관리가 잘 되지

않아 버려진 칫솔을 보면서 어떻게 하면 관리가 잘될까 고민하게 되었습니다. 그러면서

여행이나 명절에 친척집에 갈 때도 칫솔관리에 어려움을 겪게 되었던 기억이 떠올랐습니

다.

여행 중 숙소에는 대부분 칫솔걸이가 없기 때문에 양치질을 하고 나서 칫솔을 세면대에

올려놓고 사용하게 됩니다. 또 친척집의 경우 칫솔걸이가 이미 꽉 차 있어 칫솔을 걸어

놓기가 어려워 휴대용 케이스에 넣어놓는 경우가 많았습니다. 세면대나 휴대용케이스에

칫솔을 보관하는 경우 칫솔이 물에 젖어 있기 때문에 세균이 칫솔에 옮겨가 위생에 대해

신경 쓸 수밖에 없었습니다. 그래서 이를 해결할 수 있는 방법이 없을까? 하는 생각에 발

명품을 제작하게 되었습니다.

<제 36회 전국학생과학발명품경진대회 '위생만점 치약절약 양갈래 칫솔'>

‣ 칫솔이 자주 떨어지고 어디 둘 곳이 없기 때문에 보관이 깨끗하게 될 수 있는 칫솔을

만들어야 한다.



아이디어 구상법을 통한 문제해결

◎ 여러 가지 아이디어 구상법을 통해 문제를 해결하자.

아이디어 구상법 :

※ 도출된 아이디어 스케치





제작 작품

-손잡이를 잡았을 때 적당한

힘이 주어질 수 있도록 굴

곡을 넣어 지지하도록 제작

-길이 조절 가능한 자루

-칫솔과 제작한 칫솔자루

를 연결하여 고정

-세워서 보관이 가능

<제 33회 전국학생과학발명품경진대회 “상하 손목 움직임을 유도하는 각진 구형 칫솔자루”>

<제 28회 전국학생과학발명품경진대회 “칫솔의 자루 끝에 치간 칫솔이 붙은 칫솔”>



․ 손잡이 부분과 칫솔 앞부분에서 안전성과

효율성이 향상된 작품이 만들어짐.

․ 칫솔손잡이가 단단한 부분과 유연한 부분

으로 되어있어서 치아의 구석구석을 닦는

데 편리하고 치아마모를 줄일 수 있음을

알게 됨.

․ 치아와 목구멍의 길이 탐구와 수차례 의

사용 결과 어른의 칫솔 길이(칫솔앞부분~

손잡이 단단한 부분)는 약 8~9cm이고,

어린이는 5~6Cm가 편리 하고 안정된 길

이임을 알게 됨.

<제 32회 전국학생과학발명품경진대회 “안전성과 효율성이 향상된 칫솔”>



아이디어 보완


◎ 아이디어를 보완하여 작성하여 보자.

내 맘대로 골라보는 만화경 트랜스포머 매직미러


내 맘대로 골라보는 만화경

트랜스포머 매직미러

제35회 전국학생과학발명품경진대회

과학완구부문

학습목표 만화경에 숨겨진 과학 원리를 이해하고 창의적인 만화경을 제작할 수 있다.

◎ 제작 동기

“선생님 너무 너무 신기해요”

“근데, 다른 아름다운 광경을 보고 싶은데 어떡해요?”

방과 후 수업 시간에 만화경을 만들었다. 빛의 반

사와 합성에 대한 수업 후 아크릴 거울에 다양한

무늬를 만들고 제본테이프를 붙여서 정육면체 상자

를 만들었다. 상자에 눈을 가져가 안을 들여다본 처

음 순간 너무 너무 신기하고 아름다운 광경에 놀랐

다. 내가 만든 것과 친구들이 만든 것들을 돌려 보

면서 무늬가 다른 것에 신기함을 감출 수가 없었다.

‘어떻게 이런 광경을 볼 수 있는 걸까?’

‘또 다른 광경을 보려면 어떻게 하면 좋을까?’

등의 고민으로 선생님께 여쭈어 보니 다른 무늬, 다양한 광경을 보려면 다시 처음부터 제

작을 해야 한다고 하셨다.

신기한 광경에 다시 만들겠노라고 했지만 또 다시 아크릴 거울에 무늬를 넣어 제작하고

제본테이프를 붙이는 과정을 처음부터 다시 하려니 너무 너무 귀찮다는 생각이 들었다.

보다 쉽고 편리하게 제작 가능한 만화경이 없을까 하고 고민하며 다음의 작품을 고안하게

되었다.



◎ ‘만화경’에 대해 조사해보자.

만화경이란? 만화경의 종류

만화경(萬華鏡, Kaleidoscope)은 1816년경에

데이비드 브루스터 경(卿)이 발명한 것으로 거

울로 된 통에 형형색색의 유리구슬, 종이조각

등을 넣어 아름다운 무늬를 볼 수 있도록 만든

장치이다.

한쪽 끝을 통해 만화경을 들여다보면, 반대쪽

에서 들어온 빛이 각종 무늬를 나타낼 조각들

을 거치고 거울에 의해 계속 반사되면서 평면

상에 아름다운 무늬를 볼 수 있다.

만화경은 한자로 일만 만(萬), 빛날(색채,빛)

화(華), 거울 경(鏡)으로 쓴다. 같은 무늬가 반

복되지 않고 새로운 무늬가 계속 나타나기 때

문에 만화를 보여주는 거울이라 하여 만화경이

라 한다.

• 텔레이도스코프(Teleidoscope)

렌즈를 이용하여 만화경 외부에 있는 사물

에 대한 다양한 모습을 볼 수 있다.

• 칼레이도스코프(Kaleidoscope)

만화경 내부에 오일(액체) 등을 넣어 아름다

운 색깔과 빛을 볼 수 있는 만화경이다.

• 정육면체 만화경

정사각형 거울 6장으로 정육면체를 만들고

거울의 뒷면에 무늬를 새겨 입체적인 상을

볼 수 있다.

• 삼각뿔 만화경

정삼각형 거울 3장으로 삼각뿔을 만들고 뾰

족한 끝에 작은 물체를 넣으면 거울 면에 구

모양의 아름다운 상이 생긴다.

◎ ‘3차원 정육면체 만화경’을 제작하면서 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 1-2개 정도의 무늬만으로도

무한 반복에 의해 무한개의

다양한 상을 얻을 수 있다.

• 외부에서 들어오는 빛을 차

단하면서 영화관의 내부에

들어온 것 같은 느낌이 든다.

불편한 점

• 거울뒷면에 무늬를 새겨 넣기

가 어렵다.

• 한번 만들어진 무늬를 고칠

수가 없다.

• 다른 무늬를 선택하여 다른

상을 볼 수 가 없다.

편리한 점과 불편한 점 중에서 가장 중요하게 생각한 것을 먼저 적도록 하자.

tip

◎ 모둠별로 편리한 점, 불편한 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



만화경의 과학

◎ 만화경에 숨겨진 과학적 원리를 찾아보자.

1. 빛의 반사의 법칙을 조사해보자.

• 거울 표면에 비추어진 빛이 반사되어지는 것

을 빛의 반사라 한다.

• 물체의 표현에서 빛이 반사되어질 때 입사각

과 반사각의 크기는 항상 같으며, 이름 반사

의 법칙이라 한다.

출처 : 2013 제35회 전국학생과학발명품경진대회

트랜스포머 매직 미러 작품설명서

2. 2개의 평면거울 사이에 물체를 놓았을 때, 거울 사이의 각이 달라지면 물체의 상의 개수는 어떻게 달라질까?

•상의 개수 거울 사이의 각도°

상의 수(n) = 11 상의 수(n) = 7

상의 수(n) = 5 상의 수(n) = 3

출처 : 2013 제35회 전국학생과학발명품경진대회

트랜스포머 매직 미러 작품설명서

3. 만화경에서 무수히 많은 상이 보이는 이유를 설명해보자.

만화경은 1816년경에 데이비드 브루스터 경(卿)이 발명해 1817년에 특허를 땄다. 빛의 직진과 반

사작용을 응용한 것으로 삼각형, 사각형의 기둥 안쪽에 거울을 부착해 재미있는 상들이 만들어

지게 하는 기구이다. 가장 간단한 만화경은 삼각기둥 모양이다. 3개의 거울을 서로 60°각도로

붙여놓고 그 안에 물체 1개를 놓아두었다고 가정하자. 그러면 꼭지점 주위에는 5개의 상이 생기

며 물체까지 합하여 6개의 상이 대칭을 이루게 된다. 이 6개의 상은 다시 맞은편에 있는 거울에

대해 대칭인 상을 만든다. 연속적인 거울의 반사로 상의 모습은 점점 흐려지지만 하나의 물체가

수천 수만 개가 되고 물체가 약간만 움직여도 함께 움직이는 효과가 나타난다.

가장 일반적인 만화경은 불투명한 원기둥 안에 거울을 삼각기둥 모양으로 넣어 거울사이의 각이 60°인 경우이다.

tip

◎ 모둠 별로 조사한 자료를 발표하고, 다른 모둠의 과학적 용어를 정리하여 기록하자.



발명가 따라잡기

◎ 제작 동기를 읽고 ‘트랜스포머 매직미러’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 정육면체 만화경의 신기한 모습을 더욱 다양하게 보고 싶다.

‣ 처음부터 다시 만들지 않고 이미 만들어진 모양틀로 만화경을 새로 만드는 효과를 얻고 싶다.

‣ 삼각형, 사각형, 오각형 등 다양한 거울 프레임을 이용하여 다양한 상을 보고 싶다.

◎ ‘트랜스포머 매직미러’를 직접 제작해보자.

준비물투명 아크릴 정육면체 프레임, 아크릴 거울(7cm×7cm), 무늬제작용 끌 칼,

무늬제작용 아세톤 펜, 셀로판지, 자석부착 아크릴 거울(트랜스포머)

• 제작 시 유의사항

* 끌 칼을 다룰 때에는 특히 유의하고, 사용 후 제자리에 두도록 한다.

* 아크릴 거울에 넣는 무늬는 복잡하고 어려운 것을 삼가고 대칭과 색의 조합을 고려한다.

• 작품 제작과정

1. 아크릴 거울의 뒷면에 끌칼을 이용하여 무늬를

제작한다.

2. 아크릴 거울에 구멍을 내고 셀로판지를 붙여주면

다양한 색을 볼 수 있다.

어떻게 하면 무한의 대칭적인 아름다운 무늬를 만들 수 있을까?

h ow ?

아크릴 거울의 뒷면을 긁어줄 때는 회색이 완전히 벗겨져서 투명한 거울이 보이게 긁어준다.

이때 안전사고에 유의해야 한다. 무늬는 복잡하고 반복적인 것보다는 단순하고 확실한 모양

으로 해주는 것이 좋다. 아크릴 거울에 구멍을 내고 셀로판지를 붙여주면 넓은 면을 긁어준

것보다 훨씬 깔끔하고 선명한 상을 볼 볼 수 있다.



3. 여러 가지 아크릴거울 무늬 판을 만들어 활용한다.

1개의 정육면체 만화경에는 몇 장의 아크릴 거울이 필요할까?

h ow ?

1개의 정육면체 만화경에는 6장의 정사각형 아크릴 거울이 필요하다. 눈에 대고 내부를 관찰

할 수 있는 구멍을 만들어주어야 하며, 무늬판을 다양하게 만들어 놓고 활용하면 정육면체

만화경을 처음부터 다시 만들지 않고 다양한 상을 관찰할 수 있다.

학생들이 처음에는 단순한 무늬만 넣어서 상을 관찰하겠지만, 정육면체 만화경의 원리를 이해

하고 더욱 창의적인 상을 관찰하고 싶다면, 스토리가 있는 간단한 무늬판을 만들어도 좋겠다.

4. 투명 아크릴을 이용하여 정사각형(정육면체) 프레임을 제작한다. 이때 각각의 모서리는

‘1’자 홈으로 만들어서 아크릴 거울을 다양하게 제작하여 끼울 수 있게 한다.

5. 아크릴 거울 중에서 3장은 거울에 비친 무한대 상을 관찰할 수 있도록 모서리를

잘라서 빛이 들어갈 수 있도록 제작한다.

어떻게 하면 모서리로 들어오는 빛을 차단할 수 있을까?

h ow ?

처음에는 모서리로 빛이 들어오는 상태로 만화경 내부를 관찰해보고, 나중에 모서리로 들어

오는 빛을 검정색 절연테이프로 차단한 후 만화경 내부를 관찰해보도록 한다. 빛을 차단하기

전과 후의 차이점을 토의해본다.



6. 투명한 정육면체 아크릴 프레임에 디자인한 거울을

끼워 상을 관찰한다.

만화경 내부를 관찰하기 위해 모서리를 자른 아크릴 거울은 고정시켜 사용한다.

tip

아크릴 프레임은 학생들이 직접 제작하는 것이 매우 어려우므로 투명 OHP 필름이나 투명 플

라스틱 선물 포장용지로 대체해서 활용해도 좋다.

7. 완성한 만화경으로 내부의 상을 관찰한다.

8. 다른 만화경의 상을 관찰하기 위해서는 다른

그림이 디자인되어 있는 아크릴 거울을 ‘과정 6’의

아크릴 프레임에 바꾸어 끼워주면 된다.

스마트폰으로 만화경 내부의 상을 사진 찍으면 이미지 파일을 다양하게 활용할

수 있다.

tip

만화경 내부의 모습을 관찰하고 사진 찍어서 이미지 파일을 얻으면 다양한 용도로 활용할 수 있다.

최종작품 모습

자석 고정된 아크릴 거울을 활용하여 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다양한 모양의 거울

프레임을 제작하여 다양한 무한대 상을 볼 수 있도록 제작.



나도 발명가 !

◎ 작품을 제작하면서 느낀 보완할 점을 기록하고 개선방안을 글이나 그림으로 표현해보자.

보완할 점 개선 방안

◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품을 온라인 배너광고를 통해 홍보할 문구와 디자인을

제작해보자.

아이디어제품의 사용 대상과 목적을 고려하여 효과성, 경제성, 편리성 등을 홍보할 수 있는 글과 디자인을 구상해보자.

tip

빛과 쌓기나무를 이용한 공간지각능력 향상 게임


빛과 쌓기나무를 이용한

공간지각능력 향상 게임


과학완구부문

학습목표 빛과 쌓기나무와 관련된 과학원리를 이해하고 작품제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

목사님인 아버지의 개척교회에서 방학

과 주말을 통해 가정형편이 어렵고 기초

학습이 부족한 아이들이 수학의 쌓기나

무 단원에서 학습을 힘들어 하는 것을

보았다.

아이들에게 쉽게 쌓기나무를 이해시키

기 위한 완구가 필요하다고 생각하였고,

큐브처럼 고학년이나 청소년이 사용할

수 있도록 난이도가 높아 공간지각능력

을 향상할 수 있는 완구를 제작하기로

하였다.



◎ ‘쌓기나무’에 대하여 알아보자.

◎ ‘쌓기나무’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.

역사 및 유래 실생활 활용사례

쌓기나무 활동이 언제부터 시작되었는지는 정

확히 알 수 없으나, 건물의 돌담이나 성벽, 탑

들을 살펴보면 돌이 어떤 규칙에 의해서 쌓여

있는 것을 볼 수 있다. 이처럼 오래전부터 쌓

기는 인간의 생활 속에 자리 잡고 있었다.

성벽(남한산성의 벽은 엇갈리지 않게, 만리장

성의 벽은 엇갈리게 쌓여 있다.)

게임-소마큐브, 쌓기나무 놀이, 벽돌 쌓기

◎ 평소 ‘쌓기나무 학습’을 사용하면서 느낀 유익한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

유익한 점

• 입체모양을 만들 수 있다.

• 쌓기 나무의 개수를 빠르게

알 수 있다.

• 공간 지각력을 향상시킬 수

있다.

불편한 점

• 입체 모양의 그림을 보고 개

수를 알아내는 것이 어렵다.

• 쌓기나무 뒤편에 숨어있는 것은

경우의 수가 어려가지이다.

유익한 점과 불편한 점 중에서 가장 중요하게 생각한 것을 먼저 적도록 하자.

tip



쌓기나무 속 숨은 과학

◎ ‘쌓기나무’와 관련된 아래 질문을 통해 과학적 원리 또는 방법을 조사해보자.

1. 쌓기나무를 쌓은 구조물의 맨 아래 나무토막을 빼면 구조물은 어떻게 될까?

쌓기나무의 맨 아래 나무토막을 빼면 구조물은

무너진다. 지구 표면에 있는 모든 물체들은 지

구로부터 끌어당겨진다. 구조물의 맨아래 빈공

간이 생기게 되면 빈공간의 윗부분에 있는 나

무토막이 아래로 인력을 받아 떨어지게 되어

구조물이 무너질 수 있다.

‘만유인력’과‘중력’에 대하여 검색해보자.

2. 쌓기나무 구조물이 안정적이려면 어떻게 쌓

아야 할까?

쌓기나무 구조물의 안정을 위하여 아랫면의 나

무 개수가 윗면보다 많아야 한다. 서로 겹쳐지

지 않게 나무토막을 쌓는 경우 똑바로 쌓아올

려야 쉽게 흔들리지 않고 균형을 잘 잡고 서있

을 수 있다.

3. 쌓기나무의 뒤편에는 몇 개가 쌓여있는지 보이는가? 만약 보이지 않는다면, 어떻게 뒷면의 개수를 알 수 있을까?

쌓기 나무의 뒤쪽은 보이지 않는다. 물체를 본다는

것은 물체에서 나온 빛이나 반사된 빛이 우리 눈으

로 들어와야 하는데, 나무토막에 가려져 뒤편에서

나온 빛은 우리 눈에 들어오지 않기 때문이다. 뒷

면의 개수를 알기 위해서는 앞, 양옆, 위에서 본 모

양 그림을 제시해 주는 등의 정보가 있어야 한다.

‘쌓기나무’하면 떠오르는 생각을 과학시간에 배운 내용과 관련지어 교과서 또는 인터넷 검색을 통해 알아보도록 하자.

tip

◎ 모둠 별로 조사한 자료를 발표하고, 다른 모둠의 과학적 원리 및 방법을 정리하여 기록하자.




◎ 제작 동기를 읽고 ‘빛과 쌓기 나무를 이용한 공간지각능력 향상 게임’의 제작 목적을

적어보자.

‣ 쌓기 나무 활동에 대한 호기심이 생기게 할 수 있다.

‣ 빛을 이용하여 기존의 활동보다 즐겁게 배울 수 있다.

‣ 쌓기 나무 활동을 통하여 공간지각능력을 향상시킬 수 있다.

◎ ‘빛과 쌓기 나무를 이용한 공간지각능력 향상 게임’을 직접 제작해보자.

준비물우드락 2장, CD 2장, 얇은 화선지(A4) 2장, 셀로판 테이프, 쌓기 나무,

손전등 2개, 이온음료 뚜껑 6개, 고무자석판, 색종이, 풀, 네임펜, 자


* 칼, 가위를 다룰 때에는 특히 유의하고, 사용 후 제자리에 두도록 한다.

* 글루건은 사용 전에 사용법을 숙지하도록 하고, 뜨거우니 조심하도록 한다.


1. 우드락을 이용하여 게임판과 투영판이 있는 게임틀

을 만든다. 투영판은 16×25cm 크기 정도로 한다.

투영판이 중간에 서 있으려면 어떻게 만들어야 할까?

how ?

투영판을 세워놓으면 안정적이지 못하다. 안정적으로 세워놓기 위해서 투영판 양쪽에 삼각형

형태의 다리를 만들어 주어야 한다. 투영판을 세워 놓을 수 있는 다른 방법은 없을까? 친구

들과 상의해서 만들어 보도록 하자.



3. 문제 답안 쌓기 CD 제작

※ CD 아랫면에 이온음료 뚜껑 세 개를 붙여 가운데

홈을 중심으로 정삼각형 형태로 글루건을 이용하여

붙인다.

CD 바닥에 음료 뚜껑을 붙이면 어떤 점이 달라질까?

w hy ?

CD가 바닥에 놓이면 CD가 손에 잘 잡히지 않아 회전시키는데 어려움이 있다. 또한, CD 위에

놓여진 쌓기나무의 높이가 낮아 투영판을 통한 그림자의 모습이 일부 가려질 수 있다. 뚜껑을

붙이면 높이가 올라가며 CD를 손으로 잡기 쉬워져 회전시키기도 쉽다.

4. 문제 답안을 쌓고 손전등을 이용하여 투영판에

그림자가 생기도록 빛을 비춘다.

빛을 비추면 그림자가 생기는 이유는 무엇일까?

w hy ?

손전등에서 나온 빛은 직진한다. 빛의 진행경로에 불투명한 물체가 있을 때 빛은 물체의 표면에

서 반사되고 더 이상 앞으로 나가지 못한다. 빛이 도달하지 못하는 곳은 빛이 도달한 곳에 비해

어둡다. 어두운 모양을 우리는 그림자라고 부른다.

5. 쌓기나무 위에서 아래를 내려다 본 모습을

‘윗면 모양 자석판’에 표시할 수 있도록 제작

한다.

모양 자석판을 사용하지 않고 상대편이 직접 그림자를 볼 수 있게 하는 방법은 없을까?

h ow ?

투명한 아크릴 위에 올려진 쌓기나무의 위쪽에서 아래로 손전등을 비추면 바닥에 그림자가 생긴다.

투명한 아크릴 바닥에 45도 각도로 거울을 설치하여 상대편이 그림자를 볼 수 있도록 할 수 있다.



6. 손전등으로 비추어 생긴 쌓기나무의 그림자가

적절한 위치가 되도록 손전등의 위치를 고정

시킨다.

※ 손전등 고정은 스탠드를 사용할 수 있다.

앞, 옆의 비추어진 그림자를 보고 쌓기나무를 맞추어 보자.

what?

앞, 옆의 비추어진 그림자를 보면서 쌓기 나무의 구조를 예측해보자. 쌓기나무의 회전이 필요한

경우 상대편에게 요청하여 회전할 수 있도록 한다.

7. 그림자를 보고 쌓기 나무를 쌓은 후, 투영판을 떼

어낸 후 서로의 답안을 확인해보자.

투영판을 매번 붙였다 떼어내지 않고 간편하게 서로의 답안을 확인하는 방법은 없을까?

how ?

투영판을 커텐식으로 하여 내렸다가 정답 확인할 때 올려서 확인해보는 것도 한 방법이다. 혹은

벨크로테이프를 이용하여 떼고 붙이기 쉽도록 만들 수 있다.

최종작품 모습

제작과정에서 불편한 점 또는 개선되었으면 하는 아이디어는 메모해두자.

tip



나도 발명가 !



◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품의 사용설명서를 제작해보자.

아이디어제품을 활용할 대상을 생각하며 사용설명서를 제작하도록 하자.

tip

차렷! 액자!


차렷! 액자!


생활과학Ⅰ부문

학습목표 수시로 비뚤어지는 액자를 편리하게 바로 세울 수 있는 방법에 대해 탐구할 수 있다.

◎ 제작 동기

월요일 아침 방송 조회시간이었다. 아나운서의 진행에 따라 국기에 대한 경례를 하고 있을

때 칠판 위 태극기 액자가 삐딱하게 매달려 있는 것을 발견하였다.“선생님 태극기가 삐딱

하게 달려져 있어요.”

“아, 정말 그러네. 창문 열어 놓아서 그런가봐.

선생님이 바로 달아 놓을게.”

선생님께서는 높이 매달린 태극기 액자를 똑바로

하기 위해 의자 위로 올라가셨다. 그래도 팔이

액자에 닿지 않아 막대기를 이용하여 겨우 위치

를 조정하셨다.

1교시 수업 중, 창문을 통해 또 한 번 돌풍이 불어왔다. 봄을 알리는 꽃샘추위지만 겨울바

람마냥 세차게 불었다. 학습지가 날아가고 벽에 걸린 게시물들이 심하게 흔들렸다. 교실이

또 한 번 덜컹거렸다. 아까 선생님께서 겨우 바르게 해 놓은 태극기 액자가 또 삐딱하게 기

울어져 버렸다. 뿐만 아니라 액자에 걸린 교실의 다른 작품들도 똑바르게 달려 있지 않았다.

한번 더 의자에 올라가 액자의 위치를 조정하는 선생님을 보면서 ‘액자가 스스로 바르게 되

면 좋을 텐데…….’라는 생각이 들었다. 원래는 바르게 놓인 액자가 바람과 같은 다른 힘에

의해 삐뚤어졌을 때 스스로 원래의 상태로 돌아갈 수 있다면 좋겠다는 생각에 방법을 궁리

해 보았다.

차렷! 액자!


◎ 다음은 두 종류의 ‘액자’를 나타낸 그림이다. 각각의 장․단점을 생각하여 간단히 정리

해보자.

액자의 종류

<장점>

사진을 오랫동안 보관

할 수 있다.

실내 인테리어로 사용

할 수 있다.

<단점>

바람에 흔들린다. 앨

범에 보관할 때 보다

부피가 커진다. 유리

가 깨질 수 있다.

<장점>

사진을 인화하지 않아

도 된다.

사진의 질이 시간이

지나도 변하지 않는다.

많은 사진들을 일일이

바꾸지 않아도 연속적

으로 볼 수 있다.

<단점>

전기를 사용해야 한다.

파일을 잃어버리면 영

영 볼 수 없다.

◎ 학교에 걸려있는 각각의 액자들을 보면서 공통점과 차이점을 분석해보자.

공통점

못에 걸린 액자들은 대부분 아랫부분은 벽에

붙어 있다. (윗부분은 떠 있다.)

한 번 삐뚤어진 액자는 인력으로 위치를 바로

잡아주어야 한다.

차이점

액자의 크기, 색깔, 무게, 모양 여러 가지 종

류가 있다.

액자를 걸 때 걸림쇠 부분이 고리로 따로 나

와 있는 돌출형과 끈으로 연결되어 있는 것,

홈으로 파여져 있는 것이 있다.

고리의 종류는 원, 삼각형, 오각형 등 다양하

였다.

액자를 게시하는 방법은 못, 벽 부착형 고리

에 걸림쇠로 걸거나 바닥에 비스듬하게 세워

진 형태가 있다.

액자의 세부적인 구성 요소 하나하나에 집중하여 공통점과 차이점을 찾아보자.

tip

◎ 모둠별로 정리한 공통점, 차이점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.

차렷! 액자!


액자의 구성과 미학

◎ 다음 그림을 통해 액자의 구성 요소를 알아보자.

1. 액자의 구성 요소 중 괄호에 들어갈 것은 무엇인지 써보시오.

2. 액자를 간단히 만들 경우 1~9 중 무엇만 있으면 될지 골라 보시오.

액자틀, 뒷판, 액자고리 또는 액자틀, 유리, 뒷판, 액자고리

액자의 구성요소를 인터넷을 통해 알아보고 필수적으로 필요한 요소에는 어떤 것이 있을지 생각해 보자.

tip

◎ 다음 그림은 클림트(Gustav Klimt, 1862~1918)의 ‘키스’를 나타낸 것이다.

액자의 구성요소 중 무엇을 변화시켰는지 적어보고, 각각의 그림이 어떻게 달라 보이는지 그 느낌을 적어 발표해 보자.

매트와 액자틀(프레임)을 변화시켰다. 매트 또는 액자틀의 색깔 변화만으로도 그림의 분위기가

밝아지고 어두워지는 느낌이 나타났으며, 키스를 하는 모습이 부드럽게, 열정적이게, 거칠게 등

다양한 반응을 볼 수 있었다.

(매트)

(액자틀)

차렷! 액자!



◎ 제작 동기를 읽고 벽걸이 형 액자의 단점을 극복할 수 있는 다양한 아이디어를 제시 또는

구상해 보자.

‣ 액자가 스스로 바르게 설 수 있도록 중심을 잡아주는 무게 추 등이 있어야 한다.

‣ 액자와 벽면의 마찰을 최소화 할 수 있도록 바퀴, 볼, 베이링 등을 달아 본다.

‣ 제자리로 돌아오게 만드는 부착물로 인해 액자가 벽과 떨어지면 안되므로 액자 안으로 부착

물을 넣을 수 있도록 한다.

◎ ‘차렷! 액자!(내장형)’를 직접 제작해보자.

준비물 액자, 주판알, 주판대, 강력 접착제, 전동 드릴


* 강력 접착제를 사용할 때는 손에 묻지 않도록 각별히 유의한다.

* 전동드릴은 함부로 다루면 위험하기 때문에 어른의 도움을 받아 사용한다.


1. 주판에서 주판알과 주판대를 분리한다.

2. 주판알 한 개를 끼울 수 있는 길이의 주판대

(철사 부분)만 절단해서 준비한다.

주판알이 아닌 다른 것으로 대체하여 제작한다면, 무엇이 좋을까?

what?

볼 베어링, 구슬 목걸이 등 구르기가 가능한 물체를 사용하여도 좋다.

차렷! 액자!


3. 액자 아래 중앙 부분에 주판알이 회전 할 수 있

을 정도의 크기의 홈을 낸다.

4. 주판대에 끼워진 주판알을 홈에 삽입한다.

※ 주판알이 회전하는지, 측면에서 보았을 때 약간

돌출되어 있는지 확인한다.

주판알을 1개, 2개, 3개로 늘려 액자에 부착해 보면 어떻게 달라질까?

h ow ?

주판알의 개수를 늘리는 실험을 할 때 마찰력의 증가, 액자와 벽 사이에 떨어지는 공간의 크기

등을 고려하여 실험을 진행한다. 또한, 액자틀의 구멍이 커질수록 액자틀의 견고함이 떨어지므로

안전성을 고려할 수 있는 최적의 개수를 찾도록 한다.

5. 액자를 벽에 걸어 보고 바람이 불어 흔들렸을 때

얼마나 빨리 제자리를 찾는지 알아보자.

주판알의 개수를 늘려보면서 흔들린 액자가 가장 빨리 제자리를 찾는 최적의 개수를 구해보자.

h ow ?

벽에 걸려있는 액자를 같은 각도에서 기울인 채 손을 놓았을 때 어느 것이 가장 빠른 시간 내에

제자리에 올 수 있는지 초시계를 이용하여 측정한다.

◎ ‘차렷! 액자!(외장형)’를 직접 제작해보자.

준비물 액자, 주판알, 주판대, 강력 접착제, 전동 드릴, 자, 연필, 나무판

• 작품 제작과정 1

1. 주판에서 주판알과 주판대를 분리한다.

2. 주판알 한 개를 끼울 수 있는 길이의 주판대(철사 부분)만

절단해서 준비한다.

3. 나무판을 적절한 크기로 잘라 주판알이 들어갈 수 있는 상

자를 만든다.

※ 주판알이 회전하는지, 측면에서 보았을 때 약간 돌출되어 있

는지 확인한다.

주판알을 액자의 중앙 아래 부분이 아닌 다른 부분에 부착해 보면 어떻게 달라질까?

h ow ?

차렷! 액자!


액자틀의 모서리, 변 등에 외장형 주판알을 부착해 보면서 어디에 부착했을 때 기울어진 액자가

가장 빨리 제자리를 되찾는지 실험을 통해 확인해 본다.

• 작품 제작과정 2

1. 외장형 회전 주판알을 양쪽에 각각 한 개씩 2개

부착한다.

※ 다르게 할 조건 : 원의 중심에서부터 주판대까지의

길이

같게 할 조건 : 양 쪽 2개의 주판대가 이루는 각도

▶ 원의 중심에서 주판알 까지의 거리를 15cm, 20cm, 25cm 로 변화시킨다.

주판알 사이의 각도를 변화시키면 어떤 결과가 나타날까?

h ow ?

위 그림 보다 외장형 주판알 사이의 각도를 넓히거나 좁혀 보면서 기울어진 액자가 가장 빨리

제자리를 되찾는 경우를 실험을 통해 확인해 본다.

최종작품 착용 모습

내장형 외장형


tip

차렷! 액자!


나도 발명가 !




제작해보자.


tip

폐 가정용품을 재활용한 발로 부는 호루라기


폐 가정용품을 재활용한

발로 부는 호루라기


자원재활용부문

학습목표 호루라기와 관련된 과학적 원리를 이해하고 작품제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

우리 학교는 아침마다 어머니들께서 교

통 반을 서 주신다. 그래서 학생들에게 무

척 도움이 된다.

그렇게 학생들에게는 많은 도움이 되지

만, 어머니들은 지독한 감기에 걸리신다.

왜냐하면, 요즈음 같이 추운 겨울날씨에도

매일매일 빠짐없이 우리들을 위하여 희생

하시는데 입으로는 호루라기를 불어야 해

서 마스크를 착용 할 수 없기 때문이다.

미세먼지는 몸에 좋지 않고, 나쁜 점과

위험성이 있다. 마스크는 미세먼지와 추

위, 도로의 안 좋은 공기를 막기 위해서

꼭 필요한 물건이다. 하지만 마스크를 착

용하고는 호루라기를 불 수 없는 어머니

들을 위해 발로 부는 호루라기를 만들어야겠다고 생각했다.



◎ ‘호루라기’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.


호루라기는 일반적으로 ‘호각(號角)’이라 부르

며, 영어로는 ‘휘슬(whistle)’이라 한다.

‘호루라기’라는 이름의 유래는 원래 살구씨의

양쪽 가운데에 구멍을 뚫고 속을 파내어 호각

처럼 부는 것으로, 불면 ‘호르락’ 소리가 난다

고 하여 붙여진 이름이다. 주로 소리를 내어

신호용(信號用)으로 사용해왔으며, 옛날에는 동

물의 뿔로 만들었으나 요즘은 쇠붙이 또는 플

라스틱으로 제작하고 있다.

운동경기 심판의 신호음, 경찰의 위험 알림음,

신변안전 경보음, 음악연주의 악기, 관객 응원

용 도구, 먼 거리에서의 신호 전달용, 지휘자

의 통제용 등

◎ 평소 ‘호루라기’를 사용하며 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 운동경기에 진행을 원활히 할

수 있다.

• 사람들이 많을 때 집중시킬

수 있다.

• 위험으로부터 안전할 수 있도

록 해준다.

불편한 점

• 오래 불면 입이 아프다.

• 호루라기 속으로 침이 들어간다.

• 소리의 높낮이 조절이 어렵다.


tip




호루라기 속 숨은 과학

◎ ‘호루라기’와 관련된 아래 질문을 통해 과학적 용어 또는 원리를 조사해보자.

1. 호루라기를 불면 왜 소리가 날까?

호루라기에서 소리가 나는 진동 요소는 공기의

분출이다. 이런 공기의 분출은 ‘공기 리드’라고

부르는데, 공기의 흐름에 의해 분출되는 예는

병의 입구 부분에 바람을 불어 소리를 내는 것

을 들 수 있다. 병속으로 공기가 들락날락하면

서 진동하게 되어 호루라기 속의 공기통과 공

진을 일으키게 된다. 이렇게 해서 호루라기가

소리를 내게 되는 것이다. 즉 클라리넷과 같이

진동 리드를 사용하는 플롯, 리코더와 같은 원

리이다.

호루라기를 제작하는 다음 URL을 주소창에

입력하거나, 검색창에 ‘호루라기가 만들어지는

공정’으로 검색해보자.

<https://www.youtube.com/watch?feature=playe

2. 호루라기 속 작은 알갱이는 왜 있을까?

호루라기는 알갱이가 있는 것도 있지만 알갱이

가 없는 것도 있다. 우리는 일상생활에서 알갱

이가 있는 것을 ‘호루라기’라 부르고, 알갱이가

없는 것을 ‘휘슬’이라 부른다. 요즘 제작하는

호루라기 속 알갱이는 코르크를 둥글게 제작하

여 호루라기 틀에 삽입한다. 호루라기 속 알갱

이는 입으로 불어 넣은 공기가 호루라기 내부

를 순환할 때 알갱이가 소리에 진동을 일으켜

경적소리를 크고 작게 변화시키는 역할을 한다.

알갱이가 공기의 순환을 일정하지 않게 방해한

다는 의미이기도 하다. 이 알갱이가 없어도 소

리는 나지만 소리의 진동은 없다. 보통 운동경

기 심판들이 사용하는 휘슬이 이것에 해당한다.

3. 내가 찾은 호루라기 속 숨은 과학

① 소리의 전달

소리는 음파의 진동을 인체가 감지하는 것이며, 음파는 지진파의 P파와 같이 진행방향과

진동방향이 평행한 종파이다. 음파는 매질을 통해 전달되므로 달처럼 공기가 없는 곳에서는

소리가 전달되지 않는다. 물체가 진동하면 주변의 공기를 진동시키고, 매질인 공기를 통하여

진동이 사방으로 퍼져 전달된다. 사람이 소리를 듣는다는 것은 전달된 공기의 진동을 귀에

서 느끼는 것이다. 귀의 가장 바깥쪽에 있는 외이는 소리를 모으고, 외이에 모인 소리는 고

막을 진동시킨다. 고막의 진동은 귓속뼈를 통해 더욱 커지게 되어 달팽이관으로 전달된다.

이 진동은 달팽이관 내의 액체를 진동시켜 실처럼 생긴 유모세포가 움직이면서 청각 신경이

자극을 받는다. 자극을 받은 청각 신경이 뇌로 전기적인 신호를 전달하면 우리가 소리를 듣

게 되는 것이다

② 소리의 3요소

ⅰ. 소리의 세기

소리의 세기는 dB(데시벨)로 나타내며 0dB은 사람이 들을 수 있는 가장 낮은 세기의 소

리이다. 10dB은 우리가 들을 수 있는 가장 작은 소리보다 10배 크고 20dB은 0dB보다

100배 큰 소리이다. 소리의 세기는 진폭이 결정하는데 진폭이 클수록 큰 소리이고, 진폭이

작을수록 작은 소리이다.



<큰 소리> <작은 소리>

ⅱ. 소리의 높낮이

소리의 높낮이(고저)는 진동수(단위 시간동안 진동하는 횟수로 단위는 Hz(헤르츠)를 사용

함)에 의해 결정되며, 진동수가 클수록 여성의 목소리처럼 고음의 소리가 나며, 진동수가

작을수록 남성의 목소리처럼 저음의 소리가 나게 된다.

<높은 소리> <낮은 소리>

ⅲ. 소리의 맵시

소리의 세기와 높낮이가 같아도 악기마다 다른 소리가 나거나, 사람들의 목소리도 모두

다른 것처럼, 파동의 형태(파형)에 따라 소리는 다를 수 있다. 파형이 다른 이유는 소리를

내는 도구의 진동하는 부분이나 진동하는 모양이 다르기 때문이다.

<서로 다른 맵시의 두 파형>

<중학교 2학년 과학, 천재교과서 신영준 외 11인>

<네이버 지식백과, 소리와 소리의 3요소>

‘호루라기’하면 떠오르는 생각을 과학시간에 배운 내용과 관련지어 교과서 또는 인터넷 검색을 통해 알아보도록 하자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘발로 부는 호루라기’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 호루라기를 입이 아닌 다른 방법으로 불 수 있어야 한다.

‣ 추운 겨울에 미세먼지를 피하고 추위를 막을 수 있는 방법이어야 한다.

‣ 이른 아침 학교 앞 교통지도를 해주실 때 이동이 가능하도록 제작해야 한다.

◎ ‘발로 부는 호루라기’를 직접 제작해보자.

준비물미니 발펌프 1개, 호루라기 1개, 1회용 돗자리(가로40cm×세로20cm),

굵은 사포 1장, 벨크로 테이프 1개, 절연테이프, 칼, 가위, 송곳, 글루건





1. 미니 발펌프를 준비하고 바람이 들어가는 곳과

나가는 곳의 호스위치를 알아두자.

2. 미니 발펌프의 바람이 나가는 호스를 10cm

정도 남겨두고 가위나 칼로 자르자.

주변에서 흔히 볼 수 있는 빈 페트병, 세제 통을 사용하지 않은 이유는 무엇일까?

w hy ?

미니 발펌프는 발로 밟았다 떼면 다시 원래 부피로 복원된다. 하지만 빈 페트병이나 세제 통

은 원래 모습으로 돌아오지 않기 때문에, 사용이 불가능하다. 또한 빈 페트병이나 세제통은 바

닥에 고정이 어려운 단점이 있다. 미니 발펌프 외에 원래 모습으로 복원가능하면서 신속히 밟

을 수 있는 것이 무엇이 있을지 주변에서 찾아보도록 하자.



3. 호루라기를 미니 발펌프의 바람이 나가는 호스

끝에 글루건과 전기테이프를 이용하여 부착하자.

4. 부착한 후 발로 밟아 호루라기 소리가 잘 나는지

확인하자.

※ 호루라기 소리가 잘 나도록 바람이 새지 않게 연

결하자.

미니 발펌프를 느리게 혹은 빠르게 밟을 때, 호루라기 소리는 어떻게 달라질까?

h ow ?

호루라기를 입으로 세게 불 때 큰 소리가 나는 것과 마찬가지로 미니 발펌프를 빠르게 밟을 때

공기의 유입이 빠르기 때문에 큰 소리가 낼 수 있다. 교통지도용으로 제작하기 때문에 가급적

큰 소리를 낼 수 있는 호루라기를 제작하도록 하자.

5. 미니 발펌프를 뒤집어 아랫면에 굵은 사포를 적

당한 크기로 잘라 붙이도록 하자.

※ 발로 밟아도 사포가 잘 떨어지지 않도록 고정시

키자.

사포를 사용하는 이유는 무엇일까? 사포 이외에 무엇을 사용할 수 있을까?

w hy ?

미니 발펌프의 표면이 매끈하여 발로 밟았을 때 미끄러지기 때문에 사포를 부착하였다. 사포

이외에 표면이 거칠면서 미끄러지지 않는 것을 이용할 수 있다.

6. 1회용 돗자리를 적당한 크기로 자르자.

7. 자른 돗자리의 한 쪽에 미니 발펌프(사포를 붙인

면이 위로 오도록)부착하자.

미니 발펌프를 뒤집어 사용한 이유는 무엇일까?

w hy ?

미니 발펌프를 뒤집지 않고 그대로 사용하면 호루라기의 위치가 지면에 가까워 이물질이 들어가

제 역할을 하지 못할 수도 있다.



8. 칼이나 송곳으로 벨크로 테이프가 들어갈 수 있

도록 두 개의 구멍을 뚫자.

9. 벨크로 테이프를 가위로 잘라 발을 고정시킬 수

있도록 부착하자.

※ 발이 쉽게 빠지지 않도록 여러 가지 방법을 모색

해보자.

벨크로 테이프 외에 사용할 수 있는 발 고정 장치를 우리 주변에서 찾아보자.

what?

벨크로 테이프 외에 밸트 모양의 고정 장치를 사용할 수도 있고, 늘어나는 재질의 고무 밸트

를 사용할 수도 있다. 중요한 점은 신속하면서도 잘 벗겨지지 않아야 한다.

10. 밸크로 테이프를 연결한 돗자리 아랫부분이 땅

에 닿아 마모되지 않도록 한 겹의 돗자리를 덧붙

이자.

11. 완성된 제작품에 발을 넣어 고정시키고 미니 발

펌프를 밟아보자.

완성품에 기능을 보완하거나 추가한다면 무엇이 있을까?

what?

이동이 편리하도록 크기를 작게 제작할 수도 있고, 표면에 LED전구를 부착하여 보행자나 운전자에

게 효과적으로 신호지시 전달을 할 수도 있다. 소리가 작다면 소리증폭장치를 달아 큰 소

리가 나도록 할 수도 있다.

최종작품 착용 모습


tip



나도 발명가 !




제작해보자.


tip

꽃잎처럼 펼쳐지는 콘 아이스크림 받침대


꽃잎처럼 펼쳐지는

콘 아이스크림 받침대


생활과학Ⅱ부문

학습목표 콘 아이스크림이 흘러서 녹아내려도 받쳐줄 수 있는 받침대를 제작할 수 있다.

◎ 제작 동기

주말에 가족들과 놀이공원으로 소풍을 갔다. 후룸라이드도 타고

환상특급도 타면서 즐거운 시간을 보내고 있었다. 놀이공원을

간다고 엄마께서는 그 전날 새 옷까지 사주셨다.

“아, 날씨가 정말 좋지. 우리 정아 새 원피스를 입으니

정말 공주 같은데…….”

솜사탕도 사 먹고 아빠, 엄마와 함께 귀신 체험도 하면서 즐거운

시간을 보내고 있었다. 그런데 놀다가 배가 고파 콘 아이스크림을

사먹었다. 난 평소 아이스크림을 매우 좋아한다. 빨리 빨아먹는

데도 아이스크림 덩어리가 자꾸만 흘러내려 정신없이 먹다가 그만 손에 묻더니 어느새 원피스

위에 뚝뚝 떨어져 버렸다.

“아이, 짜증나. 이게 뭐야! 엄마, 어떡해요? 새 옷을 다 버렸어요.”

“괜찮아, 옷이야 집에 가서 빨면 되잖아.”

물수건으로 옷을 닦아주시며 엄마는 괜찮다고 하셨지만 이미 나의 기분은 매우 상해 있었다.

놀이공원을 나와 아빠의 차를 타고 오면서 ‘문득 내가 좋아하는 아이스크림을 좀 천천히 즐기

면서 먹을 수 있으면 좋을 텐데…….’라는 생각이 들었다. 특히나 더운 여름날이면 친구들과 아

이스크림을 먹는 게 더 불편하였던 경험도 떠올랐다. 콘 아이스크림 포장지에 아이스크림이 흘

러내리는 것을 받쳐주는 것이 있다면 조금 더 아이스크림을 천천히 먹을 수도 있고 흘러내린

다고 해도 옷이나 손 등에 묻지 않아 아이스크림을 좋아하는 모든 사람들에게 참 편리하겠다

는 생각에 방법을 궁리해 보았다.



◎ ‘아이스크림’에 대해 조사해보자.

아이스크림이란?

아이스크림(Ice cream)은 원유, 유가공품을 주원료로 다른 식품 또는 첨가물 등을 넣은 다음 얼려

굳힌 것으로 공기를 균일하게 혼합해 조직을 부드럽게 만든 동결제품을 뜻한다.

출처 : 과학상식백과(아이스크림이야기)

https://www.lotteconf.co.kr/BrandStory/Ice.asp?mn=020400

아이스크림의 종류

• 아이스크림콘(ice cream cone): 아이스크림을 콘에 담은 것이다.

• 막대 아이스크림(ice pop): 아이스크림이 될 재료들을 섞고 막대를 꽂아 얼려서 만든 아이스

크림이다.

• 소프트 아이스크림(soft ice cream): 경화 과정을 거치지 않은 반동결 상태의 부드러운 아이스

크림이다.

• 아이스크림 케이크(ice cream cake): 케이크 모양을 본뜬 아이스크림이다.

• 아이스크림 샌드위치(ice cream sandwich): 비스킷, 쿠키, 빵 사이에 아이스크림을 넣은 샌드

위치이다.

• 젤라토: 아이스크림보다 낮은 유지방을 가진 이탈리아식 아이스크림.

• 아포가토: 아이스크림에 에스프레소 커피를 끼얹는 디저트.

• 파르페: 아이스크림을 컵에 담아 과일, 향료 등을 얹어 먹는 아이스크림.

• 선디: 아이스크림에 설탕 조림한 과일이나 초콜릿을 얹어 먹는 아이스크림.

• 빙수: 아이스크림의 전신이 되는 음식으로 지금도 널리 즐기고 있는 간식류이다.

출처 : 위키백과 https://ko.wikipedia.org

◎ ‘콘 아이스크림’을 먹을 때 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 아이스크림이 바삭바삭한

과자 속에 들어 있어서 맛

이 좋다.

• 뾰족한 콘 모양으로 되어

있어서 잡기가 좋다.

불편한 점

• 벗겨낸 종이가 여러 조각이

라서 버릴 때 불편하다.

• 아이스크림이 녹아서 흘러

내릴 때 손에 묻는다.


tip




아이스크림의 과학

◎ 콘 아이스크림에 숨겨진 과학적 원리를 찾아보자.

1. 아이스크림이 녹을 때의 상태변화에 대하여 조사해보자.

아이스크림이 녹는 것은 고체가 액체로 상태가

변하는 것으로써 ‘융해’라 한다. 고체가 융해하

기 위해서는 융해열을 흡수해야 하며 열에너지

를 흡수하여 상태가 변하는 동안에는 온도가

일정하게 유지되는데 이 온도를 녹는점이라고

한다. 얼음의 녹는점은 1기압에서 0℃이다.

2. 아이스크림의 종류에 따라 포장하는 방법을 조사해보자.

아이스크림 바 아이스크림 콘아이스크림

샌드

아이스크림 펜슬

아이스크림 펜슬

아이스크림 컵

3. 콘 아이스크림의 포장지에는 어떤 수학적 원리가 숨겨져 있을까?

콘 아이스크림의 형태는 원뿔형이지만 콘 아이스크림을

포장하고 있는 포장지를 펼쳐보면 부채꼴임을 알 수 있다.

포장지에서 안쪽으로 들어가는 부분을 제외하고 부채꼴의

반지름과 각을 측정해본다.

부채꼴의 호의 길이는 콘 아이스크림 뚜껑의 원 둘레와

같다.

콘 아이스크림 포장지의 전개도를 그리면서 효율적으로 포장하기 위한 도형을 찾아보도록 한다.

tip

◎ 모둠 별로 조사한 자료를 발표하고, 다른 모둠의 과학적, 수학적 용어를 정리하여 기록하자.




◎ 제작 동기를 읽고 ‘꽃잎처럼 펼쳐지는 콘 아이스크림 받침대’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 더운 여름 맛있는 콘 아이스크림을 먹을 때 녹아서 흘러내리더라도 손에 묻지 않게 하고 싶다.

‣ 콘 아이스크림을 포장하는 방법을 개선하여 중간부분에 꽃잎처럼 펼쳐지는 받침대를 만들고 싶다.

‣ 포장지외에 다른 보조도구를 사용하지 않고 포장지만 활용하여 쓰레기를 줄일 수 있는

꽃잎 받침대를 만들고 싶다.

◎ ‘꽃잎처럼 펼쳐지는 콘 아이스크림 받침대’를 직접 제작해보자.

준비물 콘 아이스크림, 투명시트지, 각도기, 컴퍼스,

콘 아이스크림 포장 종이, 가위, 테이프, 자, 연필


* 콘 아이스크림의 포장지를 이용하여 받침대를 개선하는 방법으로 제작한다.

* 콘 아이스크림이 녹아 바깥으로 흘러내리지 않도록 받쳐줄 수 있어야 한다.


1. 꽃잎처럼 아이스크림의 껍질을 펼치기 위해 윗부

분을 뜯어내고 가위집을 4번 넣는다.

2. 가위집을 접어 내리면서 벌어진 사이 공간을 자

투리 콘 아이스크림 껍질 포장을 잘라 벌어진 크

기만큼 이어 붙인다.

어떻게 하면 벌어진 부분을 이어붙이지 않고 꽃잎처럼 펼쳐지는 받침대를 만들 수 있을까?

h ow ?

가위집을 접어 내릴 때 생긴 벌어진 공간을 이어 붙이면서 예상되는 불편한 점을 토의하게

하고, 어떻게 하면 가위집으로 벌어진 부분을 이어붙이지 않고 연결해서 붙일 수 있는지 토

의하도록 한다.



3. 콘 아이스크림 포장지에 6개의 가위집을 넣은 후

투명시트지에 대고 포장지의 가장자리 원과 가위

집을 그리고 오린다.

가위집을 6개 넣은 포장지로 투명 시트지로 원을 그리게 한 후, 가위집에 해당하는 부분을

시트지에 표시하고 그리도록 한다. 6개의 포장지 부분과 6개의 가위집으로 분리된 부분으로

총 12개의 부분으로 나누어지도록 한다.

4. 가위집을 낸 부채꼴 모양의 포장지 위에 시트지

에 그린 원을 간격에 맞추어 붙인다.

5. 투명시트지가 잘 자리잡도록 하면서 원뿔 모양의

콘 아이스크림 형태로 다시 말아 붙인다.

투명한 시트지를 중심을 지나는 반지름으로 자르고, 콘 아이스크림 포장지는 부채꼴 모양으

로 펼쳐 놓는다. 부채꼴 모양으로 펼쳐진 포장지의 한쪽 끝을 반지름 방향으로 자른 투명한

시트지와 잘 맞추어서 붙여준다.

투명한 시트지를 사용하면 이어붙이지 않고 가위집을 낸 부분을 연결하였지만, 이를 개선할

수 있는 방법을 토의하도록 한다.

콘 아이스크림의 포장지와 함께 꽃잎처럼 펼쳐지면서 안쪽에서 힘 있게 받침대

역할을 할 수 있는 포장 재료는 무엇일까?

what?

6. 콘 아이스크림 포장지를 펼치면 중심각이 45°인

부채꼴모양이므로 9°의 각으로 5개의 세로선을

그린다.

투명한 시트지를 사용하지 않고 콘 아이스크림 포장지를 이용하는 방법을 생각해보도록 한다.



7. 포장지를 윗부분과 주름으로 접히는 띠부분(꽃잎

처럼 펼쳐질 받침대가 됨), 아랫부분으로 나누고,

띠부분을 주름치마 모양으로 접어준다.

꽃잎처럼 펼쳐질 띠 부분은 주름으로 접혀 있다가 펼쳐져야 하니까 그 길이는 2배로 한다.

tip

치마처럼 주름을 넣어 접을 때는 충분히 긴 종이로 하고, 부채꼴 모양이 되도록 주름의 위

아래 간격을 조정해서 접어준다.

8. 나누어진 세 부분을 원래의 부채꼴 모양 크기에

맞게 주름 접힌 띠 부분을 가운데에 놓고 위, 아

래쪽을 크기에 맞게 겹쳐 붙인다.

9. 마지막으로 원뿔 모양이 되도록 말아서 붙인다.

최종작품 모습

콘 아이스크림의 원래 포장지와 같은 종이를 사용하여 치마의 주름처럼 한 번에 접는 단

순하고 쉬운 방법으로 제작이 가능하다. 콘 아이스크림의 포장지에서 뜯는 곳을 찾아 한

번만 뜯어주면 바로 꽃이 피어나는 것처럼 주름이 펴지면서 아이스크림의 흘러내림을 받

쳐주는 받침대의 역할을 할 수 있다.



나도 발명가 !



◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품을 TV광고를 통해 홍보할 문구와 디자인을 제작해보자.


tip

풍선은 내 손으로 친절한 풍선도우미


풍선은 내 손으로

친절한 풍선도우미



학습목표 풍선 매듭과 관련된 과학적 원리를 이해하고 작품제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

풍선을 힘겹게 입으로 부는 동생을

위해 풍선 펌프를 준비했지만 동생은

풍선펌프에 풍선을 끼우고 바람을 넣

는데 있어 손끝에 힘이 없어 풍선을

놓치기 일쑤였다. 동생을 포함한 많은

어린이들이 풍선을 불고 나서 매듭짓

는 것을 어려워한다는 것을 알았다.

풍선을 불고 풍선을 묶으려 하면 풍

선의 바람이 빠지거나 놓치기가 쉽다.

풍선을 묶을 때 풍선에 바람이 계속 빠져 나가고, 빠져 나가는 와중에 묶으려 하면 쉽게 묶

을 수가 없었다.

풍선에 바람을 모두 넣은 후에 바람이 빠지는 것을 막은 다음에 손가락을 대신하여 풍선

을 묶을 수 있는 도구가 있다면 내 손으로 풍선을 쉽게 묶을 수 있을 것 같다는 생각에 발

명품 제작을 구상하게 되었다.



◎ ‘풍선’과 관련된 것들에 대해 조사해보자.


풍선은 종이나 비닐, 고무 등으로 만든 위쪽이나

아래쪽으로 휘면서 변형되는 가방에 헬륨, 수소,

아산화질소와 같은 기체를 넣어 부풀린 것이

다. B.C.2세기에 중국인들이 종이풍선을 만들

었다. 당시의 예술작품들에 균형 잡는 막대기

끝에 풍선을 날리는 곡예사들의 그림이 있다.

파티와 같은 즐거운 행사에 밝은 분위기 조성

을 위한 장식용, 홍보용 인쇄풍선, 응원용 풍

선, 놀이용 풍선

◎ 평소 ‘풍선’을 사용 하면서 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 생일파티나 스승의 날 같은

행사에 유용하게 사용할 수

있었다.

• 학교실험에서도 종종 사용하

면서 재미있었다.

불편한 점

• 여러 개의 풍선을 불기가 다소

힘들었다.

• 어떤 풍선들은 잘 터져 사용하기

불편하다.


tip




풍선 속 숨은 과학

◎ ‘풍선’과 관련된 아래 질문을 통해 과학적 용어 또는 원리를 조사해보자.

1. 풍선은 어떤 재질로 되어 있나 ?

종이, 비닐이나 고무 등 휘면서 변형되는 재질

이면 모두 가능하다. 일반적으로 고무, 비닐 재

질의 풍선이 많이 사용되고 있다.

2. 풍선에 공기를 넣으면 부피가 커지는 이

유는 무엇일까? 풍선을 묶기 어려운 이유는

무엇 때문인가?

풍선에 공기를 넣으면 풍선 안의 공기의 양이

많아지고, 풍선내부의 압력이 커져 풍선 크기

가 커져, 매듭지을 때 사용하는 풍선입구의 길

이가 짧아져 묶기가 어려워진다.

3. 내가 찾은 풍선 속 숨은 과학

풍선 안에 공기를 넣어 크게 분 후 풍선입구를 잡고 있던 손을 놓으면, 공기가 빠지면서 풍선이

앞으로 날아간다. 이는 로켓의 비행원리와 같다. 풍선 안의 공기가 풍선에 의해 밖으로 밀려 나

오게 되면서 풍선은 반대로 밀려나오는 공기에 의해 반대방향으로 힘을 받게 된다. 이 힘에 의

해 풍선은 앞으로 날라 가게 된다. 이를 작용 반작용의 법칙이라고 한다.

‘풍선’하면 떠오르는 생각을 과학시간에 배운 내용과 관련지어 교과서 또는 인터넷 검색을 통해 알아보도록 하자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘친절한 풍선도우미’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 풍선 도우미를 이용하면 풍선을 쉽게 묶을 수 있다.

‣ 불편한 점을 개선하는 과정을 따라하면서 발명의 과정을 익힐 수 있다.

‣ 발명품 제작을 통하여 공작능력을 향상 시킬 수 있다.

◎ ‘친절한 풍선도우미’를 직접 제작해보자.

준비물봉지클립 1개, 띠톱, 사포, 아크릴판( 두께 1mm), 아크릴 칼, 자,

모나미 볼펜대, 글루건, 접착제, 아이클레이





1. 봉지클립의 고리 부분을 띠톱으로 잘라낸다.

봉지클립의 고리 부분을 잘라낸 이유는 무엇일까?

w hy ?

고리는 발명품 제작 시에 불필요한 부분이므로 띠톱을 이용하여 제거한다.



2. 매듭지어진 풍선이 쉽게 빠져나올 수 있도록 비스

듬하게 사선으로 풍선클립을 절단한다.

3. 절단한 부분을 사포로 문질러 부드럽게 만든다.

사포의 뒷면에 쓰여 있는 숫자는 무엇을 의미할까?

what?

사포 뒷면의 숫자는 사포 표면의 거칠기를 나타낸다. 숫자가 클수록 부드럽다. 단위는 “메쉬

(Mesh)”이며, 예를 들어 400메쉬는 2.54cm×2.54cm 면적에 400개의 구멍이 있다는 의미입니

다. 사포에서 #400이라면 400메쉬 체로 걸러지는 크기의 모래알 입자가 있다는 의미입니다.

4. 둥근 반원 틈 모양의 봉지클립을 덮을 덮개를 아

크릴 칼과 자를 이용하여 아크릴판을 잘라 제작한다.

※ 봉지클립 폭에 맞추어 자르고 가운데 부분을 잘라

낸다.

아크릴판을 절단 시에 판의 양쪽 끝부분을 확실하게 파주어야 하는 이유는?

w hy ?

아크릴판을 절단 시 판의 양쪽 끝부분이 덜 파인 채로 힘을 주어 아크릴 판을 꺾게 되면 절단

선과 다른 방향으로 잘릴 가능성이 커진다.

5. 볼펜대와 아크릴 판을 이용하여 밀대와 손잡이를

제작한다.

볼펜대를 이용한 밀대의 역할은 무엇일까?

w hy ?

볼펜대를 이용한 밀대는 풍선 끝부분을 손쉽게 밀어 매듭을 쉽게 묶을 수 있도록 한다.



6. 볼펜대로 만든 밀대를 봉지클립에 장착하고 아크

릴 덮개를 덮어 접착제로 붙인다.

7. 손잡이는 아이클레이로 예쁘게 마무리 한다.

8. 완성된 작품으로 풍선의 매듭을 지어보자.


what?

완성품을 반복적으로 사용했을 때 부러지기 쉽거나 마찰에 의한 마모가 되기 쉬운 부분이 있는

지 찾아보도록 하고, 그 부분을 개선하는 방법에 대하여 생각해보게 한다.

최종작품 사용 방법

1단계 : 풍선을 풍선도우미에 끼운다. 2단계 : 풍선을 반바퀴 비틀어서 돌리며 몸쪽

으로 클림에 감고, 풍선 끝을 봉지 클

립 홈으로 밀어 넣는다.

3단계 : 손잡이를 이용하여 풍선 끝을 밀어낸다.4단계 : 밀려나온 풍선 끝을 살짝 잡아당긴다.

봉지클립을 열어 매듭을 손가락으로

빼낸다.


tip



나도 발명가 !



◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품을 특허등록하기 위한 과정을 조사해보자.

인터넷에 특허와 관련된 주제어로 검색해보고, 특허청에 들어가 조사해보자.

tip

촛불의식용 안전 초 받침대


촛불의식용

안전 초 받침대



학습목표 촛불의식을 할 때 안전하게 초를 받칠 수 있는 방법에 대해 탐구해 보고 받침대를 제작해 본다.

◎ 제작 동기

촛불집회와 관련된 기사를 읽게 되었는데 촛

불 집회 후 많은 사람들이 초를 바닥에 버리

고, 초로 낙서를 하여 거리가 더러워졌다는

것이었다. 그래서 촛불 집회와 관련된 사진을

찾아보니 사람들이 초에 종이컵을 꽂아 사용

하고 있었다. 최근 일회용품을 줄이자는 광고

를 보았는데 사람들이 일회용 종이컵을 사용

하는 것과 타다만 초를 거리에 버리는 것은

자원 낭비일 뿐만 아니라 환경을 오염시키는 것 같다는 생각이 들었다. 또 학교에서 하는

촛불 의식을 생각해보니 학교나 청소년 수련원 등의 장소에서 하는 촛불 의식도 크게 다르

지 않았다. 특히 작년에 청소년 단체 캠프파이어 중 촛불 의식을 생각해보았는데 종이컵 사

이로 촛농이 흘러 손이 뜨거워져 호들갑을 떨었던 생각이 났다. 촛불로부터 안전하고 일회

용으로 사용하는 초 받침대가 아닌 지속적으로 사용 가능한 촛불의식용 초 받침대가 있으면

환경도 보호되고, 안전하게 촛불의식을 할 수 있을 것 같아 발명품을 제작하게 되었다.



◎ ‘양초’와 관련된 것들에 대해 조사해 보자.

양초의 역사 실생활 활용사례

19세기의 초에 석유 중에서 나온 파라핀은

1850년 에 제임스 영이 양초의 원료로의 이용을

제창하고 나서 사용하게 되었다. 　

역사적으로는, 1854년 영국에서 파라핀 양초가

처음 제조되었다. 파라핀계는 다른 원료 와 달리

품종이 많기 때문에 양초의 요구하는 성질과

상태에 맞추어 적당한 품종을 선택할 필요 가

있다.

양초의 기원 - 밀양초. 밀양초의 사용이 번성

하게 된 것은 200년경부터로, 392년 그리스도

교가 로마 국교가 되고 나서, 양초의 대량생산

이 시작되었다. 300년경부터 이탈리아나 스페

인에서 부활절에는 밀양초만이 사용되었다. 그

이유는 순수와 처녀의 상징으로서 밀이 선택되

었기 때문이다. 현재도 천주교의 대제에는 밀

제의 양초를 사용하고 있다. 교회에서 양초의

사용이 많아져, 900년경부터는 모든 곳으로

사용이 퍼져갔다. 밀이라 함은 벌꿀을 체취한

후 남은 찌꺼기이다.

이벤트

종교행사

화장실 냄새 제거

여름철 습기 제거 등등

◎ 평소 양초를 사용하면서 느낀 좋은 점과 나쁜 점을 기록해 보자.

좋은 점

• 분위기를 연출할 수 있다.

• 전기에너지를 아낄 수 있다.

나쁜 점

• 양초가 타면서 벤젠이라는 물

질이 발산해 인체에 유독함.

• 화재발생의 위험이 있음.

양초를 생활 속에서 사용하면서 어떤 점에서 유용했고, 어떤 점에서 불편했는지 적어 보자.

tip

◎ 모둠별로 정리한 좋은 점, 나쁜 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



양초 속 숨은 과학

◎ ‘양초’속에 숨은 과학 지식에 대해 조사해 보자.

1. 양초는 무엇으로 구성되어 있을까?

양초의 원료인 파라핀은 석유의 부산물에서 뽑아

내는 성분을 정제해 만든 오일 이다.

2. 양초가 타는 과정을 설명해 보자.

연소란 어떤 가연성 물질이 공기 중의 산소와 반응하여 새로운 물질을 생성하면서 빛과 열을

내는 현상을 말한다. 연소 반응은 가연성 물질이 산화되고 산소는 환원되는 반응이다. 초가 연소

한 후에 생기는 물질은 처음의 초와는 전혀 다른 물질이다. 초가 타면 물과 이산화탄소가 생기

는 것으로 보아 초의 구성 원소에는 탄소와 수소가 포함되어 있음을 알 수 있다. 탄화수소 중

프로페인 가스의 연소 반응을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

초의 연소 시 촛불 위로 가까이에 유리판을 대면 까맣게 그을음이 생기는데, 이는 산소가 충분

하지 않은 상태에서 초가 불완전 연소를 하여 생긴 것으로 탄소 알갱이이다.

3. 양초가 타면서 발생하는 기체에는 어떤 것들이 있을까? 기체가 발생한 과정을 알아보자.

파라핀을 연소하는 과정에서 이산화탄소와 수증기가 생긴다. 또한 아세톤, 벤젠, 납, 수은 등

오염 물질을 배출하기도 한다.

양초가 타는 현상을 양초의 구성 요소와 연관 지어 생각해 보고, ‘연소’의 정의를 고려하여 빈 칸을 채워봅시다.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 촛불의식 용 안전 초 받침대의 단점을 극복할 수 있는 다양한 아이디어를

제시 또는 구상해 보자.

‣ 촛농이 손으로 흘러 화상을 입을 수 있다.

‣ 초 받침대를 종이컵으로 하다 보니 재사용이 불가능 하다.

◎ ‘촛불의식 용 안전 초 받침대’를 직접 제작해보자.

준비물 양초, 빈 풀통(딱풀), PET병, 칼, 절단기(권장)



* 절단기는 손을 다칠 위험이 있으므로 사용에 각별히 유의한다.

• 작품 제작과정 (1차)

1. 딱풀을 자른다.(단, 풀을 고정하는 나사 부분

은 자르지 않는다.)

2. 초의 밑 부분에 나선 구멍을 뚫어 딱풀과 연

결한다.

3. 딱풀과 페트병 입구 부분을 글루건을 이용하여

고정한다.

바람을 막아주는 물질이 페트병이기 때문에 녹을 수 있다. 무엇으로 대체하면 좋을까?

what?

열에 잘 견딜 수 있는 아크릴로 교체한다.




1. 딱풀통을 자르지 않고 전체를 감쌀 수 있는 아크릴 통으로 교

체한다.(단, 딱풀을 여유 있게 감쌀 수 있는 아크릴 통으로

제작할 것)

2. 딱풀통이 아크릴 통 내에서 흔들리지 않도록 종이 등을 이용

해 공간을 메워준다.

초를 사용하고 나면 촛농이 생긴다. 촛농을 제거하기 위해서는 어떤 방법이 효과적일까?

h ow ?

1. 유리, 타일 등의 흡수 되지 않는 표면에 묻었을 때

- 플라스틱 나이프로 왁스 조각을 긁어낸다.

- 면도칼로 남은 왁스를 긁어내고 뜨거운 비눗물로 닦아 냅니다.

2. 옷에 묻었을 때

- 묻은 왁스가 완전히 굳으면 플라스틱 나이프로 왁스 조각을 긁어낸다.

- 옷의 안 쪽을 뜨거운 물을 부어 충분히 적셔 준다.

- 다른 세탁물과 분리하여 더운 물에서 세탁한다.


1. 바람을 막아주는 부분과 손잡이를 분리 할 수 있도록 제작한

다.

2. 아크릴 겉면에 포장지 등을 이용하여 예쁘게 꾸며준다.

아크릴 통 윗부분을 비스듬하게 자르는 이유는 무엇일까?

w hy ?

초를 다른 사람에게 전달하는 과정에서 받침대가 타지 않게 하기 위해서 이다.



나도 발명가 !



◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품을 라디오 광고를 통해 홍보할 글을 제작해보자.

아이디어제품의 사용 대상과 목적을 고려하여 효과성, 경제성, 편리성 등을 홍보할 수 있는 글을 써보자.

tip

편광필름을 이용한 블라인드 창호


편광필름을 이용한

블라인드 창호



학습목표 편광과 관련된 과학적 원리를 이해하고 작품 제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

수업 시간에 편광판을 이용하여 광

물을 관찰해 보는 활동을 할 때였다.

편광 필름 두 장을 포개어 놓을 때, 포

갠 방향에 따라 빛이 차단되기도 하고

통과하기도 하는 것이 신기했다. 나는

편광판을 두 장 겹쳐서 선글라스를 만

들면 편광판을 적당히 돌려서 원하는

만큼의 빛만 투과시킬 수 있겠다는 생

각을 하고 있었다. 한편, 2013년 여름

은 전력난, 블랙아웃 등의 경고를 들으

면서 지냈다. 커튼이나 블라인드가 여름철 냉방에 도움을 줄 수 있다는 뉴스를 보았다. 그런

데 커튼이나 블라인드는 창문의 안쪽에 따로 설치해야하고 청소나 관리가 불편하다. 이사할

때면 블라인드를 떼고, 다시 설치하는 번거로운 일을 반복하곤 한다. 블라인드는 고장이 자

주 나기도 한다. 만약 블라인드가 창호 속으로 들어가 있다면 설치와 이동의 불편함을 해결

할 수 있을 것 같았다. 편광 필름을 규칙적으로 배열해서 2장을 준비하고 이것을 2중창 내

부에 삽입하면 블라인드로 쓸 수 있겠다는 생각이 들었다.



◎ ‘블라인드’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.

블라인드의 사용목적

태양광선 차단용, 외부시선 차단용, 실내 디자인용, 실내온도 조절용 등

블라인드의 종류

1. 허니 콤비 블라인드

겨울이라는 계절과 맞물려, 빛 조절은 물론 단열효과로 요즘 많이들 설치하는 제품 중 하나로, 블

라인드 이름에서 알 수 있듯이 벌집모양 구조로 공기층을 잡아준다. 허니 콤비 블라인드 중에서도

듀오톤은 두 겹이 겹쳐져 있어서 빛이 은은하게 투과 시켜준다. 자세히 보면 소재가 부직포와 비슷

하다. 단열과 실내공간을 아늑하게 연출하는 장점이 있지만 블라인드를 내려도 빛을 완전히 가리지

는 못하는 단점이 있다.

2. 우드 블라인드

우드블라인드는 말 그대로 소재가 원목이다. 자연스러운 나무결을 그대로 살려서 고급스러우면서도

아늑한 공간을 연출할 수 있는 장점이 있다. 우드블라인드는 슬랫이 각각 180℃로 회전을 해서 각

도에 따라 빛 조절이 자유롭고, 블라인드를 전부 올리지 않아도 환기를 할 수 있다. 또 우드블라인

드는 암막을 위해 설치를 할 때도 좋다. 우드 블라인드 중에서도 오동나무의 어두운 계열을 선택한

다면 암막의 효과를 극대화 할 수 있다. 오동나무는 우드블라인드 중에서 가장 가벼운 소재로 장소

에 구분 없이 설치가 가능하고, 원목의 느낌이 자연스러워 네츄럴한 분위기를 연출할 수도 있다.

3. 콤비 블라인드

콤비블라인드는 천으로 된 블라인드로 저렴한 가격으로 다양한 분위기를 연출할 수 있다. 콤비블라

인드는 롤스크린처럼 위로 올리고 아래로 내리는 방식으로 빛을 차단하고, 콤비 중에서도 우드룩 콤

비 블라인드는 두 겹의 원단이 교차되어 빛 차단효과가 뛰어나다. 또 콤비 중에서도 가격 대비 빛

차단력은 뛰어나고 원단의 두게도 두껍다.

◎ 평소 ‘블라인드’를 사용하며 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 햇빛을 막아준다.

• 외부 시선을 막아준다.

• 색상이 아름답다. 등

불편한 점

• 창을 열면 바람에 날린다.

• 두께가 얇아 빛이 샌다.

• 천에 때가 낀다. 등

편리한 점과 불편한 점 중에서 가장 중요하게 생각한 것을 먼저 적도록 하자.tip




편광이란?

◎ ‘편광’과 관련된 아래 질문을 통해 편광의 원리를 조사해보자.

1. 편광이란 무슨 뜻일까?

* 편광, 편광판이란?

빛은 전자기파인데, 전기장 또는 자기장 변화

가 특정한 방향으로 정해져 있는 빛을 편광이

라 한다. 일반적인 자연광은 편광이 아니지만,

LCD 화면이나 반사광 등은 편광이다. 편광이

아닌 자연광은 아무 방향으로 진동하는 빛이

섞여있는데, 편광판을 그 빛 중에서 일정한 방

향으로 진동하는 빛의 성분만 투과시키는 기능

을 한다.

편광판이 어떤 방향으로 진동하는 빛을 통과

시키는지 알기 위해서는 우리 주변에서 흔히

볼 수 있는 반사 편광을 이용하면 된다. 우리

주변에서 수면이나 바닥에 낮은 각도로 반사되

어 들어오는 빛은 수평 방향의 진동 성분을 주

로 가지는 편광이 된다고 한다. 그러므로 편광

판으로 우리 주변을 관찰할 때, 이러한 반사광

이 잘 투과되어 보인다면 그 편광 필름은 수평

방향의 진동 방향으로 배치되어 있는 것이다.

2. 편광필름을 이용하여 어떻게 빛을 차단할

수 있을까?

* 편광 필름

플라스틱 필름이 편광판 역할을 하도록 만든

것은 편광 필름이라고 한다. 편광 필름은 박막

형액정표시장치(TFT LCD)에 가장 널리 사용되

어, 컴퓨터 노트북 TV 프로젝터 등의 분야에

적용되고 있다. 이 밖에도 선글래스, 입체영화

용 안경 등에 사용된다.

* 편광 필름의 배열과 빛의 차단

편광 필름은 일정한 방향의 빛만 투과시키므

로 2개의 편광 필름이 서로 교차하는 방향으로

배열되어 있으면 빛이 전혀 투과하지 못한다.

2장의 동일한 편광 필름을 아래 그림처럼 배

열하고 포개어 놓으면 체크무늬 형태로 투광/

차광이 이루어지게 된다.



3. 우리 주변에서 편광현상을 이용한 예를 찾아보자.

1) 편광필터(PL)

표면 반사광을 제거하는 필터. 이 필터를 부착한 렌즈를 편광 렌즈라 한다. 광선은 직각을 이루

는 선 위에서 사방으로 진동하는데 편광 필터는 광선으로 하여금 한 방향으로만 진동하게 하여

빛이 지나는 길목에 편광 필터를 위치시키면 거의 모든 빛의 진동이 필터를 차단해 한 방향으로

빛의 파동이 이루어진다. 유리나 물 등을 촬영할 때 불필요한 반사 때문에 피사체가 보이지 않

을 때 그 반사광을 제거하여 피사체가 뚜렷이 보이도록 하는 것이 가장 큰 구실이다. 그 외에도

광택 있는 표면에 나타나는 플레어(flare)나 빛의 지나친 반사를 제거하며 하늘의 톤을 어둡게

만드는 데 쓰이기도 한다. 편광 필터의 또 다른 장점은 색은 변화시키지 않으며, 뷰파인더로도

편광 필터의 효과를 확인할 수 있고 색을 변화시키기 위해 별도의 필터를 편광 필터와 함께 사

용할 수 있다는 점이다.

2) 편광안경

편광안경은 난반사되는 자연광을 처리하기 위하여 편광렌즈를 도입한 것으로, 유리렌즈 속에 1

제곱 평방미터 당 30만 개의 눈에 보이지 않는 가는 미세 실선을 한쪽 방향으로 심어 빛을 편광

화 한다. 이런 편광안경을 착용했을 때 사물이 뚜렷하게 보이는 이유는 태양광선이 수면이나 평

평한 지면 등에 반사되면서 사물을 보기 어렵게 만드는 수직 진동을 구분하는 편광성 때문이다.

즉 편광렌즈는 반사된 광선의 수직 진동방향에 직각방향의 편광자를 사용하여 편광렌즈의 편광

축을 수평으로 위치시켜 빛의 간섭현상을 이용해 눈부심을 제거시키는 것이다.

3) LCD

LCD(액정 표시 장치, Liquid Crystal Display)는 텔레비전, 랩톱 컴퓨터, 수많은 휴대용 전자

기기에 사용되고 있으며, 1888년 프리드리히 라이니처는 최초로 액체 결정의 속성을 발견하였다.

그는 콜레스테롤 기반 물질의 녹는점을 측정하던 중 두 개의 녹는점이 존재한다는 사실을 알게

되었다. 콜레스테롤 기반 물질은 섭씨 145도에서 용해될 시 흐릿하고 끈끈한 액체가 되었으며

그 후 또 다시 섭씨 178도에서 용해되어 깨끗한 액체가 되었다.

LCD는 두 편광 필터 사이에 위치한 액체 결정 물질로 만들어진다. 전기가 LCD에 적용되면 전

기장이 분자의 꼬임을 발생시키는데, 첫 번째 필터를 통과할 때 액체 결정 주위를 순환하며 두

번째 필터를 통과하면 반사 화면에 ‘광점’을 생성한다. 전기장이 없을 때에는 분자가 꼬이지

않아 빛이 통과할 수 없기 때문에 화면에 어두운 점이 발생한다. 얼마나 많은 빛이 통과할 수

있는지는 분자가 꼬이는 정도에 달려 있다.

‘편광’이란 용어가 생소할 수도 있다. 인터넷 검색을 통해 편광과 관련된 것들을 알아보며 친숙해지도록 하자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘편광필름을 이용한 블라인드 창호’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 기존의 블라인드보다 더 가볍고, 더 얇은 창호를 구현한다.

‣ 편광필름의 패턴에 따라 무늬를 넣어 심미적 기능을 높인다.

◎‘깔끔한 캔들’을 직접 제작해보자.

준비물

유리판(30×50cm) 1장, 스티로폼기둥(5×5×35cm) 2개, 스티커형

편광필름(50×50cm) 2장, 글루건, 칼, 자(30~50cm), 아스테지(30×60cm)

1장, 가위, 스카치테입, 열쇠고리 2개, 작은 못 2개,

두께 1cm 원통형 나무 기둥(35cm)



* 편광필름의 방향을 기억하여 자르고, 잘 떨어지지 않도록 부착한다.


1. 2장의 편광필름을 겹쳐 진동방향이 일치하지 않도

록 한다.

2. 진동방향이 결정된 편광필름을 5cm 간격으로 자

른다.

편광필름의 진동방향을 알 수 있는 방법은 없을까?

h ow ?

우리 주변에서 수면이나 바닥에 낮은 각도로 반사되어 들어오는 빛은 수평 방향의 진동 성분을

주로 가지는 편광이 된다고 한다. 그러므로 편광판으로 우리 주변을 관찰할 때, 이러한 반사광이

잘 투과되어 보인다면 그 편광 필름은 수평 방향의 진동 방향으로 배치되어 있는 것이다.



3. 5cm 간격으로 자른 편광필름의 시트지를 벗겨내어

유리판과 아크릴필름에 그림과 같이 부착한다.

※ 편광필름 사이 빈 틈이 없도록 부착하고, 편광필

름의 진동방향에 유의한다. 부착 시 테이프를 사

용하지 않는다.

편광필름을 부착할 때 테이프를 사용하지 않는 이유는 무엇일까?

w hy ?

2장의 편광 필름 사이에 삽입한 광학적 이방체의 내부에서는 진동 방향에 따라 굴절률이 서로

다른 2개의 광선으로 분리되기 때문에 광학적 이방체(테이프)를 빠져나올 때는 2개의 광선에 경

로차(위상차)가 발생하여 간섭하게 된다. 결국 어떤 색깔(파장)의 빛은 강화되고 다른 색깔(파장)

의 빛의 상쇄되므로 간섭색이 나타난다.

4. 편광필름을 부착한 유리판과 아크릴필름을 위,

아래 또는 좌, 우로 움직여 빛이 투과, 차단되는지

확인한다.

5. 편광필름을 붙인 아크릴필름 끝부분을 원형 나무

도막에 테이프를 이용하여 붙인다.

두 장의 편광필름을 겹쳐 빛을 차단하기 위한 또 다른 디자인을 생각해보자.

what?

편광필름 조각을 체스판 형태로 배열



6. 스티로폼 두 개의 한 쪽 면에 유리판이 1cm정도

들어갈 수 있도록 홈을 판다.

7. 스티로폼 홈에 유리판을 위, 아래로 삽입한 후,

모서리를 글루건으로 고정시킨다.

※ 그림에서는 목재를 사용하였으나, 모형제작에서는

스티로폼을 활용하였다.

8. 작은 못을 스티로폼 양쪽 끝에 삽입하고 펜치를

이용하여 열쇠고리를 걸 수 있도록 조정한다.

9. 못에 열쇠고리를 걸고 아크릴 필름을 부착한 원형

나무기둥을 걸어준다.

※ 원형 나무도막을 돌려 위, 아래로 잘 움직이는지

확인한다.

편광필름을 부착한 아크릴 필름을 위, 아래로 잘 움직이게 할 수 있는 방법을

생각해보자.

what?

최종작품 완성 모습


tip



나도 발명가 !



◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품을 에너지절약과 관련하여 홍보하는 글을 지어보자.


tip

층간소음 잡는 FUN 실내화


◎ 제작 동기

평소 집에 있을 때 동생이랑 편히 놀 수가 없다. 집에만 들어오면 부모님께서는 “뛰지 마!”라는 소리를 늘 하신다. 5살 된 우리 동생이 제일 무서워하는 말도 “아랫집 아저씨 올라오

신다!”이다. 그러면 작고 귀여운 발로 까치발을 한다. 신문이나 뉴스에서 나오는 “층간 소음

살인사건”이라는 뉴스를 보고 어머니께 “살인”이라는 뜻을 여쭈어 보니 사람을 죽인다는 말

이라고 하셔서 정말 놀랐다. 갑자기 아랫집 아저씨가 정말 무서워졌다. 난 아파트가 아닌 할

아버지, 할머니 댁에 갈 때가 가장 행복하다. 할아버지 댁은 단독주택이라 항상 마음껏 뛰어

놀 수 있기 때문이다. 우리 집에서 가장 필요한 것은 자유로운 놀이다. 학교에서 집에 오면

동생과 마음껏 뛰어놀고 싶은데, 엄마께서는 “방에서 책이나 읽어!”라고 하신다. 그래서 이

문제를 해결할 방법은 없을까?

호기심이 생겼다.

아랫집 아저씨에게 들리지 않으면서,

동생이랑 마음 편히 뛰어 놀 수는 없을까?

이러한 이유로 이 발명을 통해 나와 우리 동생이 마음껏 뛰어 다닐 수 있는 환경이 만들

어졌으면 하는 바램으로 재활용품을 활용한 <층간 소음을 잡는 FUN 실내화>를 발명하게 되

었다.

층간소음 잡는

FUN 실내화제35회 전국학생과학발명품경진대회

자원재활용부문

학습목표 재활용품을 활용하여 층간 소음을 줄일 수 있는 실내화를 제작할 수 있다.



◎ ‘소음’에 대해 조사해보자.

소음이란?

기계, 기구, 시설 및 기타 물체의 사용으로부터 발생하는 시끄러워서 듣기 싫은 소리를 가리킨다. 소

음은 인간의 정신과 건강에 많은 영향을 미치는데, 일시적·영구적인 난청을 일으킬 뿐만 아니라 순

환계, 호흡계, 소화계 등에도 영향을 미친다. 일반적으로 소음이 클수록, 낮은 음보다는 높은 음일수

록, 지속시간이 길수록, 그리고 연속적으로 반복되는 소리일수록 인체에 더 많은 영향을 미친다. 소

음의 크기 단위로는 보통 ㏈(데시벨)을 사용한다.

출처 : 다음 백과사전 http://100.daum.net/encyclopedia/view/v060mb525a1

층간 소음

• 층간소음(層間騷音)은 다세대 주택 혹은 아파트에서 주로 발생하는 소음 공해이다. 층간소음은 화

장실 물소리, 바닥충격음소리, 피아노 소리, 오디오 소리, 대화소리, TV 소리 등을 총칭하여 부르는

것으로, 층간소음 중 바닥충격음은 경량충격음(58㏈ 이하)과 중량충격음(50㏈ 이상)으로 분류된다.

과거 단독주택 위주의 생활에서, 오늘날 아파트 등의 공동주택이 일반화되면서 문제가 대두되기 시

작했다.

• 층간소음 중에서도 콘크리트면에 직접 충격이 가해짐으로써 발생하는 바닥충격음(고체전달음)은 인

접세대에 쉽게 전달되는 특성을 가지고 있다. 이러한 소음은 주로 윗층 아래층에서 아이들이 뛰는

소리와 물건을 끌어 옮기거나 떨어지는 등의 소리이다. 층간소음은 다른 소음공해와 마찬가지로 정

신적, 육체적 건강에 좋지 못한 영향을 끼치며, 이로 인해 이웃 주민간에 많은 문제와 민원 제기등

사회적인 문제로 대두된다.

• 주택성능등급 인정 및 관리기준(2008년 9월29일)이 정해져 있다. 1,000세대이상(에너지성능등급은

300세대이상) 공동주택은 의무적으로 성능등급을 인정받아 입주자모집 공고 시 표시하여야 한다.

평가는 사업계획승인 설계도서에 따라 소음, 구조, 환경, 생활환경, 화재소방 등 5개 부문 14개 범

주 20개 항목에 대해 이루어진다. 이중 소음관련 등급은 경량충격음, 중량충격음, 화장실 소음, 경

계소음이 포함되어 있다.

출처 : 위키백과 https://ko.wikipedia.org/wiki

◎ ‘층간소음’을 발생시킨 경험이 있을 때 이를 줄이기 위해 노력한 점을 기록해보자.

층간 소음 발생 경험

• 저녁시간 피아노를 치며 동생과 놀고 있었는데,

아랫집에서 시끄럽다고 항의한 적이 있다.

• 사촌동생들과 집에서 놀고 있는데‘쿵쿵’거린

다며 관리사무소에서 연락을 해왔다.

노력한 점

• 피아노를 치고 싶기는 하지만 저녁 7시 이후

에는 치지 않는다.

• 집에서는 뛰지 않도록 노력하며, 까치발로

움직이거나, 침대위에서만 뛴다.

◎ 모둠별로 층간소음 발생 경험과 노력한 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



소리와 소음의 과학

◎ 소리와 소음의 과학적 원리를 찾아보자.

1. ‘소리의 3요소’란 무엇인가?

• 소리의 세기(강약)

물체가 진동하는 폭(진폭)에 의하여 정해지는

데, 센(강한) 소리는 진폭이 크고, 약한 소리는

진폭이 작다. 소리의 세기가 변하더라도 진동

수는 달라지지 않는다.(단위 : ㏈(데시벨))

• 소리의 높낮이(고저)

음원의 진동수에 의해 정해지며, 진동수가 많

을수록 높은 소리가 나며, 적을수록 낮은 소리

가 난다. (단위 : Hz(헤르쯔))

• 소리의 맵시(음색)

파형(파동의 모양)에 따라 구분되며, 악기마다

또는 사람마다 소리가 다른 것은 소리의 맵시

가 다르기 때문이다.

2. 소음이 신체와 청력에 미치는 영향을 조사해보자.

3. 재활용품 중에서 층간 소음을 줄일 수 있는 재료를 찾아보자.

코르크제작할 때 비용이 저렴하며 친환경 소재이다. 코르크 소재를 샌드위치

공법으로 사용할 수 있고, 버려지는 병마개 재활용 할 수 있다.

요가매트TPE 소재는 가볍고, 탄성도 좋고, 가소제의 첨가가 없어 인체에 무해하며,

강도, 내열성, 내한성, 내유성 등이 우수하다고 한다.

라텍스고무나무의 천연라텍스를 사용하면 충격 완충작용을 극대화한다. 베개용

라텍스 등은 얼룩이 생기거나 조금만 낡으면 쉽게 버려지는 것을 볼 수 있다.

포장용

뽁뽁이가격이 싸고 구하기는 쉬우나 뽁뽁이가 잘 터져서 실용적이지 못하다.

젤 소재말랑 말랑한 느낌과 충격을 흡수력은 좋으나 가격이 비싸다는 단점이

있고, 걸을 때 마다 찍찍 소리가 난다.

스펀지장판 흔히 구할 수 있는 값싼 소재이고, 충격흡수력도 좋으며, 가공하기에도 좋다.

일상생활에서 쉽게 구할 수 있는 재활용품 중에서 소음을 줄이기에 가장 적당한 재료를 찾아보도록 한다.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘층간 소음 잡는 FUN 실내화’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 아파트에 살면서도 집 안에서 동생과 뛰어다니면서 편하게 자유로운 놀이를 하면서

즐겁게 놀고 싶다.

‣ 아랫집 아저씨에게 들리지 않으면서도 동생이랑 마음 편히 놀 수 있는 층간소음을 줄여주

는 실내화를 만들고 싶다.

‣ 생활 속에서 버려지는 물건을 재활용하여 소음을 줄이는 실내화를 만들고 싶다.

◎ ‘층간 소음 잡는 FUN 실내화’를 직접 제작해보자.

준비물 학교에서 신는 실내화, 코르크판, 재활용 요가매트, 재활용 라텍스, 스펀지,

젤, 본드, 가위, 자, 테이프, 연필, 소음측정기(또는 소음측정용 앱)


* 버려지는 요가매트와 배게 라텍스 등을 재활용하여 실내화의 바닥판을 제작한다.

* 소음이 줄어드는 효과를 알아보기 위하여 소음측정기를 사용한다. 이 때 주변의 소음을 차단

하고, 같은 방법으로 소음을 측정하여 비교한다.


1. 학교에서 신는 실내화를 이용하여 바닥판을 디자

인하고 제작한다.

2. 코르크판, 요가매트, 라텍스 판, 젤, 스펀지 등 여러

가지 바닥판으로 만들어서 걸어 다닐 때 발생하는

소음을 측정하여 소음이 가장 작은 재료가 무엇

인지 알아본다.

어떻게 하면 층간소음을 줄이면서도 오랫동안 사용할 수 있는 신발 바닥판을 만들 수 있을까?

h ow ?

사용한 바닥판 중에서 걸어 다닐 때 소음을 가장 작은 재료는 라텍스 → 요가매트 → 스펀지 →

젤 → 코르크의 순서이다. 이 재료 중에서 어떤 재료를 함께 사용하면 더 좋을지 서로 토의

하도록 한다.



학교에서 신는 실내화보다 더 편한 실내화 모양으로 소음 잡는 실내화를 만들 수 있을까?

what?

3. 코르크 층, 라텍스 충, 요가매트 층의 3개의 층으로

바닥판을 만들고 실내용 슬리퍼 모양으로 디자인

하여 실내화를 만들어본다.

코르크는 발바닥에 닿았을 때 느낌이 좋고 땀 흡수가 되므로 맨 위층으로, 라텍스 층은 소음

흡수율은 좋지만 쉽게 닳아버리는 단점이 있으므로 중간층으로, 가장 바닥 층은 잘 미끄러지지

않고 쉽게 마모되지 않는 요가매트로 제작한다.

쉽게 벗겨지는 슬리퍼보다 더 안정적인 디자인으로 소음 잡는 실내화를 만들 수 있을까?

바닥이 잘 구부러지게 하려면 어떤 모양으로 디자인해야 할까?

how?

4. 아이들이 실내에서 샌들형 실내화를 신기 싫어

하는 경향을 보여 덧버선형 실내화로 디자인을

변경하여 제작한다.

5. 신발의 바닥을 분리하여 인체 공학적으로 제작

한다.

덧버선은 시중에서 판매하는 것을 사용해도 좋다.

바닥판을 발바닥의 앞부분용과 뒷부분용으로 분리하여 제작하면 바닥이 구부러져서 훨씬 걷

기가 편리하다. 이 때 앞부분이 너무 두꺼워지면 걷기가 불편하므로 앞부분의 발가락 아랫부

분은 조금 얇게 만드는 것이 좋다.

뚜벅 뚜벅 불편하게 걸어지는 것을 자연스럽게 걸을 수 있게 고치려면 바닥의 어느

부분을 어떻게 고쳐야 할까?

how?

6. 덧버선 실내화를 만들기 전에 작품 구상도를 먼저

그려본다.

바닥판을 앞·뒤로 구분한 것과 앞부분을 둥근 모양으로 제작하는 것의 장점을 토의한다.



7. 코르크 층, 라텍스 층, 요가매트 층으로 덧버선의

앞부분과 뒷부분의 바닥판을 분리하여 제작한다.

잘 구부러지는지 확인한다.

앞부분의 신발코 부분은 유선형 모양으로 제작한다.

tip

8. 덧버선의 좌우를 고려하여 소음방지용 덧버선을

완성한다.

최종작품 모습



나도 발명가 !



◎ 자기 모둠에서 생각한 아이디어제품을 자신의 윗집에 선물하며 안내할 말을 생각해보자.

층간소음으로 윗집과의 관계가 어색할 수도 있음을 생각하며 글을 지어보자.

tip

곤충 투호놀이


곤충 투호놀이


과학완구부문

학습목표 투호 놀이와 관련된 과학 원리를 이해하고 작품제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

전래동화를 읽다가 갑자기 조선시대 전통 놀이

부분이 흥미롭고 재미있어 보였다. 과거에도 조

상의 지혜가 깃든 전통놀이 투호가 떠올랐다.

또한, 투호를 이용하여 집에서 재활용품으로

만들어 쓰면 가격도 저렴하고 또 직접 만들어

훨씬 애착이 가고 흥미로운 놀이 학습 교구가

될 것이라 생각하여 활동적이면서도 가족 및 친

구들과 함께 할 수 있는 놀이를 찾아야겠다고

생각하였다. 이것저것 다양한 재료를 사용하여

투호를 만들어 보았다. 유치원 아동에게는 물론 초등학교 저학년에게 맞는 놀이도 되고

학습 및 게임도 할 수 있는 “곤충 투호놀이”를 발명하게 되었다.

곤충 투호놀이


◎ ‘투호’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.

역사 및 유래 놀이방법

삼국시대 이래 조선시대 말까지 성행한 유교적

예법을 익히는 하나의 수단이자 놀이의 도구였

다. 바로 이 점 때문에 왕실을 비롯해 지배층

중심으로 투호가 발달되었다. 근대와 현대시기를

거치면서 일반적인 놀이로 대중화되어 갔다.

여러 사람들이 두 편으로 나뉘어 항아리에 화

살을 던져 많이 넣는 편이 승리하는 놀이.

넓은 마당의 항아리에서 10보쯤 떨어져 항아리

안에 화살이 들어가도록 하는데, 들어가면 1점

을 따게 된다. 한 사람이 살 12개를 가지고 승

패를 다툰다.

◎ 자신이 했던 ‘전통놀이’가 어떤 것이 있는지 기록해보자.

전통놀이

• 윷놀이, 연날리기, 비석치기, 자치기 등

친구들과 했던 놀이 중에는 전통놀이인줄 모르고 했던 놀이도 있을 수 있다.

tip

◎ 모둠별로 전통놀이를 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.

모둠 전통놀이

1

2

3

4

5

6

곤충 투호놀이


투호놀이 속 숨은 과학

◎ ‘투호놀이’와 관련된 아래 질문을 통해 과학적 용어 또는 원리를 조사해보자.

1. 전통적인 투호놀이의 방식은 어떻게 되는가?

사마광(司馬光)의『투호격범(投壺格範)』: 팥으로 채운

투호병을 향하여 일정거리에서 던져 실수하지

않고 병에 던져 꽂힌 것을 점수로 하여, 먼저

120을 채우는 쪽이 이긴다고 되어 있다.

2. 투호놀이에서 화살을 던지면 어떻게 날아가는가?

살이 날아가면서 중력에 의해 포물선 운동을

하게 된다. 또한 살의 무게중심점을 기준으로

살은 회전운동을 하게 되어 무거운 살의 머리

부분이 바닥을 향해 회전하면서 땅으로 떨어지

게 된다.

3. 내가 찾은 투호놀이 속 숨은 과학

던지는 사람의 양쪽 어깨가 균형을 유지해야 하며, 어깨가 기울어지지 않게 하는 것이 중요하다.

또한 병의 입구로부터 위쪽으로 15cm정도 위에서 살이 수직으로 떨어지게 던져야 한다고 기록

되어 있다.

이는 자세를 안정적으로 취하고 살을 던지는 것이 일관성을 유지하기에 좋으며, 일관성이 유지

될 때 성공확률을 높일 수 있기 때문이다. 또한 살이 투호병의 입구 위쪽에서 수직으로 떨어지

는 것은 살이 입구를 통과하는 면적이 최대가 되어 확률을 높일 수 있다.

‘투호놀이’하면 떠오르는 생각을 과학시간에 배운 내용과 관련지어 교과서 또는 인터넷 검색을 통해 알아보도록 하자.

tip


곤충 투호놀이



◎ 제작 동기를 읽고 ‘곤충 투호놀이’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 전통놀이인 투호놀이에 대하여 이해하고 배울 수 있다.

‣ 투호놀이 속 과학 원리를 깨닫고 전통문화의 우수성을 깨달을 수 있다.

‣ 곤충 캐릭터를 이용하여 좀 더 쉽고 재밌게 즐길 수 있는 놀이로 발전시킬 수 있다.

◎ ‘곤충 투호놀이’를 직접 제작해보자.

준비물부러진 배드민턴 채, 패트병, 박스, 채, 자전거 바퀴, 대나무, 나무,

플라스틱, 색종이, 칼, 풀, 스카치테이프, 글루건 등





1. 거미줄 과녁판 만들기

: 부러진 배드민턴채를 과녁판으로 종이상자에 붙여

고정시켜 꾸민다.

배드민턴 채에 노란색 한지로 꾸민 이유는 무엇일까?

w hy ?

눈에 잘 보여 과녁에 집중할 수 있도록 도와준다.

곤충 투호놀이


2. 거미줄 과녁판의 기울기를 조절할 수 있게 만든다.

기울기를 다르게 한 이유는 무엇일까?

h ow ?

투호놀이를 하는 사람의 키에 맞게 적절히 기울기를 조절하여 하여 게임의 난이도를 조절할 수

있다.

3. 거미줄 과녁판의 높이를 조절할 수 있는 기둥을

부착한다.

높낮이를 다르게 한 이유는 무엇일까?

w hy ?

투호놀이를 즐기는 연령에 따라 키가 다르기 때문에 과녁판의 높이를 조절할 수 있도록 하여

게임의 난이도를 조절할 수 있다.

4. 한지로 투호 통 주위를 예쁘게 꾸미기

곤충 투호놀이


⋅투호살 만들기

5. 재활용품 중에 플라스틱과 대나무, 나무 등을 이용

하여 같은 크기로 자른다.

6. 투호살 윗부분에는 다양한 색깔의 곤충을 붙인다.


what?


1단계 : 완성한 투호판을 설치한 후 적당한 기울기로 조정한다.

2단계 다양한 투호살을 투호판에 던지며 게임을 한다.

제작과정에서 불편한 점 또는 개선되었으면 하는 아이디어는 메모해두자.tip

곤충 투호놀이


나도 발명가 !




제작해보자.


tip

꼭지 달린 빨대





학습목표 빨대로 음료수를 마실 때 넘치지 않고 마실 수 있는 방법에 대해 탐구해 보자.

◎ 제작 동기

종이팩에 든 우유나 주스를 마실 때 빨대를 꽂으면 나

도 모르게 종이팩에 힘이 가해져 빨대로 우유나 주스가

넘쳐서 옷을 버린 적이 있다.

특히, 어린 아이들은 쉽게 그런 실수를 하는 것을 주위

에서 심심치 않게 볼 수 있었다. 그래서 어떻게 하면 이

렇게 빨대로 우유나 주스가 넘치지 않고 안전하게 빨대

로 음료를 먹을 수 있을까? 하고 고민을 하다가 본 발명

품을 만들게 되었다.



◎ ‘빨대’와 관련된 것들에 대해 조사해 보자.

빨대의 역사 빨대의 종류

빨대의 기원은 19세기말 미국의 담배 공장에

서 일하는 한 노동자(마빈 스톤)의 아이디어를

통해 만들어졌다고 한다. 퇴근 후 하루의 피곤

을 풀기 위해 위스키 한 잔을 마시러 선술집에

들린 마빈 스톤 아저씨. 그 당시 위스키를 밀

집으로 빨아 먹었다고 한다. 술잔을 손으로 잡고

마시면 온도가 변하기 때문에, 위스키 맛을 제

대로 음미하기 위해 빨대를 사용했던 것이다.

그런데 매번 빨대로 술을 마시면서, 밀집 특

유의 냄새가 오히려 위스키 맛을 방해하고 있

다는 것이 불만이었다. 그래서 낸 아이디어가

‘담배를 감싼 종이에서 담배가루만 빼면 텅 빈

원통형 빨대로 만들 수 있겠구나’이었다. 밀빨

대를 대체할 새로운 빨대가 구상 되는 순간이

었다.

1. 구부러진 빨대

미국의 조셉프리드만은 딸이 기존의 빨대로 음

료수를 힘들게 마시는 것을 보고 가지고 있던

나사못을 빨대에 넣어 주름을 잡히게 한 뒤 굽

혀서 음료수를 마시게 했다.

2. 스푼 빨대

우리는 이 스푼빨대를 슬러쉬 먹는 것에 익숙

하지만 애초에 개발목적은 곡식이 있는 음료나

수프를 먹을 때 빨대를 이용하여 먹고 위에 떠

있는 곡식 같은 것을 쉽게 먹을 수 있게 하기

위해 개발하였다.

3. 커피 빨대

납작하게 하고 구멍을 두 개로 뚫어놓아 표면

적을 넓게 함으로써 한꺼번에 뜨거운 음료가

들어오는 것을 방지하고, 음료를 빨리 식게 하는

이점이 있다.

◎ 평소 빨대를 어떻게 활용하는지 생각해 보고, 불편함 점이 있었는지 적어보자

활 용

• 퍼니 스트로우 : 빨대 안에 있

는 초코, 바닐라, 딸기 등의

맛이 나는 알갱이들이 음료를

빨아들일 때 녹음으로써 음료

의 맛이 바뀜

• 두유, 우유에 붙어 있는 빨대

: 간식을 먹을 때 빨대가 음료

에 붙어 있어 편리하게 빨대를

쓸 수 있음.

불편한 점

• 종이로 된 음료수 포장의 경우

손으로 누르면 음료가 밖으로

세어 나옴.

• 빨대를 입에 넣고 있다가 친구

가 뒤통수를 치는 장난을 했는

데 빨대가 입천장을 찔러 상처

가 남.

다양하게 활용되고 있는 빨대의 사례를 알아보고, 사용하면서 불편했던 점을 적어보자.

tip

◎ 모둠별로 정리한 활용 사례, 불편한 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



빨대 속 숨은 과학

◎ ‘빨대’속에 숨은 과학 지식에 대해 조사해 보자.

1. 빨대로 음료를 마실 수 있는 이유는 무엇일까?

빨대로 컵에 담긴 물을 마실 수 있는 과정은 사람이 빨대를 물

고 입으로 공기를 들여 마실 때 빨대 속의 공기가 빠지면서 빈

빨대 속 공간으로 음료수가 차오른다.

즉, 빨대와 입 속의 기압이 음료수 표면을 누르는 대기압 보다

낮아져 음료수를 마실 수 있는 것이다.

◎ ‘빨대’로 만들 수 있는 과학 놀이 기구에 대해 알아보자.

하나! 페트병 분수 만들기!

<준비물> 페트병(500ml), 수조, 빨대 2개, 고무찰흙

<과 정> 페트병에 ¾ 정도 물을 넣은 후 빨대 하나는 물속에 꽂

고, 다른 한 개는 물에 닿지 않게 꽂는다. 페트병 입구를 고무찰

흙으로 빈틈없이 막은 후, 물이 닿지 않은 빨대를 세게 불면 마치

분수처럼 다른 쪽 빨대에서 물이 올라온다.

‘페트병 분수’속에 숨은 과학 원리는 무엇일까?

빨대를 강하게 불면 페트병 속의 공기 압력이 강해져 수면을 누르게 되고 그 압력으로 물이 빨대를

통해 분수처럼 분출되는 원리를 알려주자.

다음 그림과 같은 상황이 벌어지는 이유는 무엇일까?

빨대에 구멍이 있는 경우 공기를 빨아들여도 빨대 속의 압력은 대기압과 같아 음료수가 입 속으로

들어오지 않는 것이다.



둘! 빨대 팬플룻 만들기! (출처 : KISTI의 과학향기)

<준비물> 빨대 8개, 테이프, 가위, 스타이로폼 공, 자

<과 정>

이 속에 숨은 과학 원리 또는 수학 원리는 무엇일까?

음계는 등비수열이다!

‘피타고라스의 정리’로 유명한 고대의 수학자 피타고라스는 오랜 시간동안 삼각형을 연구해 많은 정리

를 남겼다. 그러나 그는 삼각형 연구뿐 아니라 음악에 있어서도 남다른 관심을 가져 수학과 음악의 연결

고리를 찾아내기도 했다. 피타고라스가 대장간 옆을 지나다가 쇠를 두드리는 소리를 듣고는 음악과 수학

의 연관성을 밝혀냈다는 이야기는 잘 알려져 있다.

피타고라스는 현의 길이를 이용한 실험을 통해 현의 길이와 소리의 높낮이사이에 특별한 관계가 있음을

알아냈다. 첫 번째는 현의 길이를 1/2로 줄이면, 한 옥타브 높은 음의 소리가 난다는 것이다. 두 번째는

현의 길이를 2/3로 줄이면 5도 높은 소리를 낸다는 것이다.

이 두 가지 사실을 이용하면 도(C4)-레(D4)-미(E4)-파(F4)-솔(G4)-라(A4)-시(B4)-도(C5)까지 한 옥타

브의 8가지 음에 해당하는 현의 길이를 모두 구할 수 있다. 먼저 낮은 도(C4)에 해당하는 현의 길이를 1

이라 하자. C5의 길이는 1×1/2= 1/2이 된다.

또 도(C4)보다 5음 높은 솔(G4)의 현의 길이는 1×2/3=2/3다. 솔(G4)에서 5음 높은 레(D5)는 4/9가 되

므로, 낮은 레(D4)는 4/9×2=8/9이 된다. 이와 같은 방법을 반복하면 8개의 음에 해당하는 현의 길이를

모두 구할 수 있다.

이제 각 음에 해당하는 진동수를 생각해 보자. 피아노에서 한 옥타브의 건반 수는 모두 12개로 이뤄져

있고, 한 옥타브인 두 음의 현의 길이는 1:2이다. 인접한 음 사이의 진동수의 비를 r이라 하면, 아래의

표와 같은 등비수열로 나타낼 수 있다.

높은 도의 진동수는 낮은 도의 진동수의 2배가 되어야 하므로 2a=ar¹²로, 계산하면 r= ¹²√2≒

1.0595가 된다. 즉, 인접한 두 음의 진동수는 1:1.0595의 비를 갖는다.



◎ ‘빨대’가 사람을 구할 수 있다고 한다. ‘라이프 스트로우’에 대해 알아보자.

깨끗한 물을 마시기 어려운 아프리카에 보내는 정수기능이

있는 빨대이다.

수자원이 오염되어 있는 개발도상국에 살고 있는 사람들을

위한 휴대용 정수 빨대로 스위스의 베스트가드 파랑센그룸

이 만든 제품이다. ‘라이프 스트로우’는 물을 어떻게 정화

시킬까?

물은 총 4단계의 필터를 통해 정수 된다.

1) 100마이크로미터 크기의 구멍을 가진 필터를 거치고,

2) 15마이크로미터 크기의 폴리에스터 필터를 거쳐 대부분의

박테리아가 제거된다.

3) 요오드처리 이온교환성 수지를 통과시켜, 다시 한 번 박

테리아와 바이러스를 제거시키며

4) 숯과 같은 활성탄을 통과하여 악취가 제거되게 된다.

빨대가 사용되는 다양한 사례와 관련된 과학 지식에 대해 이해해 보자.

tip


◎ 제작 동기를 읽고 빨대의 불편한 점을 극복할 수 있는 다양한 아이디어를 제시 또는 구상해 보자.

‣ ‣ ‣

◎ ‘꼭지달린 빨대’를 직접 제작해보자.

준비물 빨대와 굵기가 같은 고무 튜브, 가위, 빨대






1. 빨대와 굵기가 같은 고무 튜브를 준비한다.

2. 가위로 고무 튜브를 1cm 길이로 자른다.

3. 고무 튜브의 끝을 칼로 세로로 3mm, 일자모양으로

잘라준다.

4. 만든 꼭지를 뜨거운 물에 30초 정도 소독한다.

5. 꼭지와 빨대를 결합한다.

6. 꼭지로 팩에든 음료를 시음해 본다.

고무 튜브의 끝을 원형으로 자르면 어떻게 될까? 그 크기를 작게 또는 크게 만들

경우 어떤 문제가 생길까?

how?

꼭지의 크기를 작게 하면 음료를 마시는데 있어 더 많은 힘이 필요해 힘들 것이다. 꼭지의 크기를

크게 하면 음료수 용기(종이팩으로 된 음료수)를 누르는 경우 흘러넘치는 단점이 있다.

최종작품


tip



나도 발명가 !




제작해보자.


tip

깔끔한 캔들(Candle)





학습목표 캔들의 연소와 관련된 과학적 원리를 이해하고 작품 제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

어느 날 집에서 삼겹살을 구워 먹었던 적이

있다. 자욱한 연기와 삼겹살 냄새가 집안에 가

득하였다. 식사가 끝이 나고 환기를 시켰다.

하지만 뭔가 부족했었는지 엄마가 캔들에 불을

붙이셨다. ‘드디어 비싼 캔들을 사용해보는구

나!’라고 생각하고 집안에 달콤한 향기가 퍼져

나가는 것을 느끼며 TV를 보고 있었다. 설거

지를 하시던 엄마가 “00아, 이제 캔들에 불

꺼”라고 하셔서 나는 가까이 다가가 입으로 후

불어 불을 껐다. 그런데 이상하게도 캔들이 가

운데만 움푹 패여 있고 가장자리는 그대로 남

아 있는 것이다. ‘분명히 엄마가 비싼 캔들이

라고 했는데 왜 다 녹지 않고 가운데만 둥글게 파져 있을까?’, ‘이런 비싼 물건을 사서 왜

다 쓰지 못하게 되는 걸까?’라는 의문이 들었다. 그래서 인터넷으로 ‘캔들이 가운데만 타

는 현상’이라고 검색을 했고 이것이 ‘터널현상’이라고 부르는 것을 알았다. 인터넷을 보니

많은 사람들이 우리 집과 같은 캔들의 터널현상으로 고민을 하는 것을 깨달았고 ‘이런 터

널현상을 좀 쉽게 해결 할 수 있는 방법은 없을까?’라는 의문을 가지기 시작했다.



◎ ‘캔들(candle)’과 관련된 것들에 대해 조사해보자.

캔들의 유래 캔들의 사용목적

양초의 기원은 불분명하지만 옛날부터 밀랍이

알려져 있었으며, 뭄바이나 그리스의 유적, 중

국의 분묘(墳墓)에서 청동으로 만든 촛대가 발

견된 것으로 보아 아마도 BC 3세기에는 이미

존재하였을 것으로 짐작된다. 유럽에서는 오랫

동안 밀랍이나 수지(獸脂)로 만든 양초가 사용

되었으나, 1800년 초기에 스테아린양초와 파

라핀양초가 발명되어 유백색의 아름답고 밝은

양초를 기계적으로 대량 생산하게 되었다.

실내조명,

행사(축제)용,

방향제용,

인테리어용,

의학 치료용,

제례에서 사용 등

◎ 평소 ‘캔들’을 사용하며 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 어두운 곳을 밝게 비출 수 있다.

• 분위기 연출에 효과를 얻을 수

있다.

• 실내 인테리어용으로 사용할 수

있다.

불편한 점

• 그을음이 생긴다.

• 가운데가 움푹 파인다.

• 밝기에 한계가 있다.


tip




캔들의 연소

◎ ‘캔들의 연소’와 관련된 아래 질문을 조사해보자.

1. 캔들은 어떻게 불빛을 낼까?

심지에 불을 붙이면 양초가 녹아 모세관 현상

에 의해 심지를 따라 올라가 심지의 끝 부근에

서 기화(氣化)하고, 그것이 연소해서 탄소를 유

리(遊離)하여 발광한다. 심지의 재료도 가연성

이므로 서서히 연소해서 짧아지는데, 그 속도

와 양초의 소비속도가 균형을 이루도록 심지의

굵기를 알맞게 하거나 미리 붕사용액으로 처리

해서 잘 타지 않게 해야 한다.

*유리(遊離) - 화합물에서 결합이 끊어져 원

자나 원자단이 분리되는 일. 또는 원자나 원자

단이 결합을 이루지 않고 다른 물질 속에 분리

되어 있는 일.

2. 캔들이 연소할 때 가운데 부분만 움푹 파이는 이유는 무엇일까?

초의 가운데 부분만 움푹 파이는 현상을 ‘터널

현상’이라고 부른다. 보통 캔들을 처음 사용할

때 캔들 위 표면이 고르게 녹을 때까지 사용하

지 않기 때문에 재사용 시 녹았던 부분을 기억

해서 녹는 현상이 생긴다. 터널 현상은 캔들을

처음 사용할 때 충분히 긴 시간 불을 붙여주면

잘 생기지 않는다.

결국 터널 현상은 캔들의 가장자리까지 충분한

열이 전달되지 않기 때문에 발생한다. 한 번

터널 현상이 생기면 짧아진 심지의 길이로 인해

주변 파라핀을 워머로 녹이더라고 심지가 파라

핀 속으로 잠기게 되어 재사용이 어려워진다.

3. 캔들이 고르게 연소할 수 있으려면 어떻게 하면 될까?

*캔들이 고르게 녹으려면 열이 캔들의 가장자리까지 퍼져야 한다. 열의 전달 방법 중에서 전도,

복사를 생각한다면 좋은 아이디어를 생각할 수 있을 것이다.

ⅰ) 전도 : 분자에 운동에너지가 전달됨에 따라서 열이 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하

는 현상. 분자 사이의 거리가 매우 짧기 때문에, 분자가 이동하는 과정에서 분자와

분자가 충돌함으로써 운동에너지를 전달한다.

ⅱ) 복사 : 난로나 용광로와 같이 뜨거운 열원에 가까이 다가가면 주위 공기가 따뜻하지 않아도

뜨거움을 느낄 수 있다. 이것은 열복사를 통해 열에너지가 전해오는 것이다. 열복사

는 열원과 직접 접촉하거나 매개물질을 거치지 않는 열전달 방법이다. 복사는 열전

달의 3가지 방법(전도․대류․복사) 중에서 가장 전달속도가 빠르다.



* 터널 현상 해결 방안

① 워머의 사용

터널현상 해결방법 1

ㆍ캔들 워머의 사용으로 해결할 수 있지만 캔들 워머의

가격(약 50,000원)이 너무 비싸다.

ㆍ전기를 사용하는 워머는 전기코드가 없는 곳에서 사용

할 수 없다.

② 가열방법


ㆍ중탕 가열을 통한 방법은 위험하다.

ㆍ중탕의 경우 모든 파라핀이 녹아내리기 때문에 심지

를 다시 새워 설치해야 한다.

③ 쿠킹 호일을 이용


ㆍ캔들의 목적에 디자인적인 요소도 포함되어 있는데

실내에서 쿠킹 호일을 싸서 둔다면 보기가 싫어진다.

캔들의 성분을 조사하여 연소과정을 이해하고 캔들이 고르게 녹을 수 있는 방안을 탐색해보자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘깔끔한 캔들’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 캔들의 터널 현상을 해결하기 위해 가장자리까지 고르게 녹아 내려가도록 해야 한다.

‣ 캔들의 터널 현상을 해결하여 캔들을 다 쓰지 못하고 버리는 것을 예방해야 한다.

◎ ‘깔끔한 캔들’을 직접 제작해보자.

준비물티아리트 캔들 1개(지름5cm 이하), 알루미늄 망(6×6cm) 1개,

가위, 라이터, 송곳


* 알루미늄 망을 가위로 자를 때는 손을 조심하도록 한다.

* 캔들에 불을 붙일 때 라이터 사용에 유의하고, 목이 긴 라이터를 사용하도록 한다.


1. 알루미늄 망을 티라이트 캔들의 크기에 알맞게

가위로 자른다.

2. 캔들의 심지위치에 맞도록 알루미늄 망에 지름

5mm의 구멍을 내도록 하자.

왜 알루미늄 망을 사용했을까?

w hy ?

철망으로 사용해도 되지만 그보다 열전달이 빠르고 효율적인 재료를 사용하는 것이 효과적이다.

일상생활에서 캔들을 사용하는 시간이 주로 1시간 이내이기 때문에, 그 시간 안에 터널 현상을

방지 할 수 있는 열전달이 좋은 재료가 바로 알루미늄이다. 알루미늄은 또한 다른 열전도가 좋

은 재료들에 비해 가격도 저렴한 편이다. 아래 표는 대표 금속 별 열전도율과 단위금액을 나

타낸 것이다.



금속열전도율

(㎈/℃)

비열

(g․㎤)금속

열전도율

(㎈/℃)

비열

(g․㎤)

금 254 19.32 알루미늄 196 2.6989

은 360 10.50 철 62 7.874

구리 320 8.96 백금 60 21.45

<금속별 열전도율(20℃에서 열전도율, ㎈/℃), 비열(g․㎤)>

금속 가격(원) 금속 가격(원)

금 42511 알루미늄 19

은 632 철 3.27

구리 68 백금 36533

<금속 재료의 가격('15.5.1.일자)(원)>

3. 캔들 위에 알루미늄 망을 올리고 심지에 불을 붙인다.

캔들의 케이스 재질을 어떤 것으로 하면 좋을까?

h ow ?

일반적으로 캔들의 케이스는 유리병으로 된 것이 많다. 이유는 열에 비교적 강한 편이며, 투명하

여 캔들의 불빛이 잘 보이기 때문이다. 터널 현상을 고려하여 열 흡수율이 높은 재질인 금속을

사용하면 유리보다는 가장자리까지 열을 잘 전달할 수 있겠지만, 불투명하기 때문에 실내에서

조명, 인테리어용으로 사용하기에는 부적합하다. 열에 강한 플라스틱 소재는 유리보다 비교적 가

볍다는 장점이 있다.



4. 캔들이 연소하는 과정에서 터널현상이 생기지 않

는지 관찰해보자.

심지의 굵기에 따라 불꽃의 크기는 어떻게 달라질까?

what?


<검정색 알루미늄 망> <은색 알루미늄 망>


tip



나도 발명가 !



◎ 캔들처럼 일상생활에서 제품을 제대로 사용하지 못하는 것들의 개선방안을 적어보자.

평소 학교, 가정에서 다 사용하지 못하고 버리는 물건들을 떠올려보자.

tip

오뚝이 저축왕 저금통


◎ 제작 동기

얼마 전 친척 동생에게 물려 줄 장난감을 엄마

와 함께 정리하다가 유치원에 다닐 때까지 늘 내

책상 앞을 지키던 오뚝이 장난감을 보았다. 너무

아끼던 장난감이라서 오뚝이 장난감은 동생에게

주지 않으려고 종이 가방에 담았던 것을 다시 몰

래 꺼내 놓았다.

오뚝이와 함께 한참을 놀던 중, 오뚝이가 쓰러

지지 않는 모습이 신기하여 동전을 많이 넣으면

어떻게 될까 하는 생각이 들었다. 그래서 아빠와

함께 낡은 종이 통에 둥근 자석을 넣고 장난감

오뚝이 저금통을 만들어 보았다. 그리고 동전을 넣어서 움직여 보았다. 오뚝이 저금통에 동전

을 많이 넣어도 오뚝이는 처음 위치로 되돌아왔다.

오뚝이는 뒤뚱 뒤뚱 움직이는 물건이다. 그래서 이번에는 ‘동전 구멍을 두 개를 만들면 어

떻게 될까?’라는 궁금증이 생기게 되었다. 오빠와 함께 오뚝이 저금통으로 저축 시합을 하면

좋겠다는 생각이 들었다.

오뚝이 저금통을 만든다면 내가 저금을 더 많이 할 때마다 오뚝이가 내 쪽으로 더 기울어

져 좋을 것 같고, 오빠 쪽으로 기울면 앞으로 더 열심히 저축하고 싶은 마음이 생길 것 같다.

오뚝이

저축왕 저금통제35회 전국학생과학발명품경진대회


학습목표 무게중심의 원리를 이용하여 저축하고 싶은 마음이 생기는 오뚝이 저금통을 제작할 수 있다.



◎ ‘무게중심’과 ‘저금통’에 대해 조사해보자.

무게중심이란?

물체의 어떤 곳을 매달거나 받쳤을 때 수평으로 균형을 이루는 점이 있다. 그 점을 ‘무게 중심’이라고 한다. 무게 중심은 양쪽의 무게가 같아지는 지점이 아니라 양쪽이 균형을 이루는 점이라는

표현이 더 정확하다. 무게 중심을 받치면 우리는 물체 전체를 떠받칠 수 있다.

저금통

저금통(貯金筒)은 돈(주로 동전)을 모아서 저장하는 통을 가리키는 이름이다. 옛날에는 돼지 모양

의 자기나 질그릇으로 많이 만들었지만 최근에는 주로 플라스틱 같은 다양한 재료로 만든다.

저금통에 돈을 넣기는 쉬워도 돈을 다시 빼려면 대개는 저금통을 깨거나 갈라서 열어야하기 때문

에 모으는 사람 스스로가 저금통에 든 돈을 언제 어떻게 사용할지를 잘 결정해야 한다.


‘돼지 저금통’의 유래

영어로 저금통을 ‘piggy bank’라 부르는데, 여기에는 처음부터 돼지(piggy)라는 의미가 있지 않

았다. 중세 영어로 ‘피그(pygg)’는 그릇 같은 각종 가사 용품을 만드는 데 사용하는 찰흙의 한 종류

를 가리키는 단어이다. 이런 피그(pygg) 찰흙으로 만든 부엌의 요리 항아리에 돈을 모았는데 이것

을 ‘pygg jar’라고 불렀다. 18세기에 이르러 ‘pygg’라는 철자가 바뀌면서 ‘pygg jar’가 ‘pig bank’로 변화한 것이다.


◎ ‘저금통’을 사용한 경험이 있을 때 편리한 점과 불편한 점을 기록해보자.

편리한 점

• 저금통이 안정적이어서 쓰러지

지 않는다.

• 동전을 꺼내고 싶을 때는 코의

뚜껑을 열어 쉽게 열 수 있다.

불편한 점

• 저금통에 들어있는 동전이 얼

마나 되는지 알 수 없다.

• 저금통 뚜껑이 쉽게 열리므로

많이 모으기 전에 동전을 쓰

게 된다.




오뚝이의 과학

◎ 오뚝이의 과학적 원리를 찾아보자.

1. ‘오뚝이’가 넘어져도 다시 일어나는 이유는 무엇인가?

밑바닥이 둥근 플라스크나 달걀은 넘어뜨리면

일어나지 않으나 오뚝이는 넘어뜨려도 본래대

로 일어나게 된다. 오뚝이는 밑바닥 또는 그

가까이에 무거운 추가 달려 있다. 이것은 무게

중심을 낮게 하기 위해서이며, 이 때문에 넘어

진 오뚝이는 무게중심이 오히려 높아졌으므로

이 무게중심이 낮아지려고 하는 힘이 작용하여

다시 일어나게 되는 것이다.

[달걀껍질로 만든 오뚝이]

2. 물체의 무게중심은 어디에 위치할까?

무게중심은 물체의 각 부분에 작용하는 중력

합력의 작용점을 말한다. 예를 들면, 대칭의 중

심을 가진 원, 직사각형, 구, 정다면체 등의 무

게중심은 그 대칭의 중심에 있고, 삼각형의 무

게중심은 세 중선이 만나는 점이다. 따라서 이

들 물체의 무게와 같은 힘으로 그 무게중심을

받쳐주면 물체는 수평으로 평형을 이룬다. 또

물체의 각 부분에 작용하는 중력의 합력은 항

상 무게중심을 지나 작용하므로 물체의 한 점

을 실에 매어 공중에 매달면 무게중심은 반드

시 매단 점에서 아래로 그은 연직선 위에 오게

되어 물체가 정지한다. 따라서 물체의 무게중

심은 각각 다른 점에서 매달았을 때의 연직선

이 서로 만나는 점으로 구할 수 있다.

3. 물체의 무게중심의 위치와 물체의 안정성에는 어떤 관계가 있는가?

모든 물체는 각각 그 무게 중심이 있는데, 그 무게 중심을 받치면 균형 있게 그 물체를 들 수가

있다. 또한 물체의 무게 중심이 위쪽에 있을수록 그 물체는 불안정한 상태가 되고, 아래쪽에 있

을수록 안정된 상태가 된다. 물체의 무게 중심이 받침점 보다 위에 있을 때는 안정되지 못한 상

태이기 때문에 균형을 잡고 설 수 없다. 그러나 무게중심이 물체의 받침점 보다 아래에 있을 때

에는, 무게 중심이 낮아지게 되어 균형을 잡고 안정된 모양을 이룰 수 있다.

일상생활에서 오뚝이의 원리를 이용한 생활용품을 찾아 발표해보자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘오뚝이 저축왕 저금통’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 무게중심의 원리를 이용하여 오뚝이 저금통을 제작할 수 있다.

‣ 하나의 오뚝이 저금통에 두 사람이 저축하면서 오뚝이 저금통이 기울어지는 기울기를 보면서

서로 더 많이 저축하려는 마음이 생기게 할 수 있다.

‣ 오뚝이 저금통에 동전을 저축할 때 동전의 종류별로 나누어 저축할 수 있다.

◎ ‘오뚝이 저축왕 저금통’을 직접 제작해보자.

준비물 원형 종이 통, 원형 알루미늄 통(과자 또는 분유 통 등),

플라스틱 통, CD케이스, 하드보드지, 칼, 자, ND자석, 쇠구슬, 글루건


* 무게중심을 낮게 해주어야 원형통이 오뚝이처럼 흔들거리게 될 것이다.

* 칸막이의 기울기를 적당하게 조절해야 동전이 들어갔을 때 더욱 오뚝이처럼 잘 흔들릴 것이다.


1. 원통의 옆면을 반으로 나누어 양쪽으로 구멍(동전

입구)을 낸다.

2. 원통의 가운데를 쓰다 버린 CD 케이스를 잘라서

막는다.

3. 가운데를 폐 케이스로 잘라서 칸을 나눈 뒤, 가운

데에 둥근 자석을 붙여서 오뚝이처럼 무게 중심

을 잡아준다.

4. 오뚝이처럼 쓰러지지 않으면서 오빠하고 나하고

누가 더 저금을 많이 하는지 서로 경쟁을 할 수

있는 저금통을 완성하였다.



조금 더 크면서 한쪽은 막혀있는 더 튼튼한 저금통을 만들 수는 없을까?

h ow ?

재활용하는 종이 통은 동전을 넣었을 때 소리가 둔탁하고, 종이통의 크기가 작기 때문에

오뚝이처럼 흔들거리는 움직임이 작다. 재활용품 중에서 크기가 큰 알루미늄이나 철통을 이

용하면 효과적이다.

5. 반으로 나누어 동전이 들어갈 만한 크기로 구멍

을 만든다.

6. 재료가 튼튼해서인지 1차 때보다 동전을 넣었을

때 흔들림과 안정감이 좋고, 동전이 흔들리는 소

리 역시 더 듣기 좋다.

한쪽 바닥이 막혀 있으므로 입구만 막아주면 되어서 편리하다.

알루미늄 통은 튼튼하고 소리는 좋지만 동전입구를 잘라내기가 쉽지 않다. 동전 입구를

잘라내기 쉬운 통은 무엇이 좋을까? 동전의 종류에 따라 따로따로 저금할 수 있도록 입구를

여러개 만들면 어떻까?

how?

7. 플라스틱 통에 4개의 입구를 만든다.

8. 플라스틱 통의 칸막이를 만들고 무거운 쇠구슬로

무게중심을 잡아준다.

9. 플라스틱 통에 내부에 칸막이를 붙여준다.

10. 칸막이를 붙일 때는 동전입구 쪽보다는 바닥쪽이

조금 더 넓게 해야 저금통이 오뚝이처럼 움직임이

좋아진다.

동전의 종류별로 입구를 따로따로 만들면 동전의 종류별로 저금이 되어 편리하다. 이때 500원

동전이 동전 중에서 크고 무거우므로 500원 동전의 입구를 가장 바깥쪽으로 하면 오뚝이처럼

움직임이 더욱 확실해진다.



칸막이의 기울기에 따라서 오뚝이 움직임이 달라지는 이유는 무엇일까?

why?

11. 왼쪽에 500원 동전 5개를 넣었을 경우의 기운

모습이다.

12. 다시 오른쪽에 500원 동전 5개를 넣어 중심을

맞춘 모습이다.

13. 오른쪽에 500원 동전 5개를 더 넣어 오른쪽을

기운 모습을 확인한다.

14. 동전에 따라 기울어짐을 확인하여 최종적으로

칸 구분을 위한 색칠을 한 후 완성한다.

2명이 오뚝이 게임을 하듯 경쟁적으로 저금을 할 것이기 때문에 서로 다른 색

으로 색칠을 하여 구분해준다.

tip

최종작품 모습

100원 동전 투입구

500원동전투

위쪽 원통

(머리 부분)

동생 칸

무게중심

오빠 칸



나도 발명가 !




제작해보자.


tip

가구 밑 틈새 바닥청소가 가능한 진공청소기 흡입구


가구 밑 틈새 바닥청소가 가능한

진공청소기 흡입구



학습목표 진공청소기의 과학적 원리를 이해하고 작품제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

어머니를 도와 집안 청소를 하고 있었다. 나는

청소기를 이용하여 청소를 하고 어머니는 걸레

질을 하셨다.

가족 중 어머니와 나, 동생이 모두 알레르기

성 비염이라 먼지에 민감한 편이다. 그래서 청

소할 때 먼지제거에 신경을 쓰는 편인데, 청소

기로 아무리 깨끗이 청소해도 가구 밑 틈새의

바닥은 청소할 수가 없었다. 특히, 큰 가구들은

쉽게 옮길 수 없어 이사를 가지 않는 한 가구

밑을 청소하기가 힘들었다. 그래서 가구를 옮기지 않고 가구 밑 틈새바닥을 쉽고 깨끗하

게 청소할 수 있는 방법을 생각하게 되었다.



◎ ‘진공청소기’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.

역사 및 유래 발명의 계기

1901년 영국의 기술자 H.세실부스라는 사람이

만들었다. 냉각수를 포함한 전기 모터 추진식

6마력 피스톤 엔진을 설계한 F. R. 심즈와 함

께 부스는 진공 펌프를 장착한 세계 최초의 전

기 진공청소기를 제작했습니다. 가정에서 사용

하는 크기 정도로 줄인 사람은 미국인 제임스

스팽글러(James Spangler)입니다.

1901년 기계 기사인 휴버트 세실 부스(1871~1955)

는 런던의 세인트 판크라스 역에서 압축 공기

를 사용한 고압력 호스로 객차를 청소하는 광

경을 목격한 후 먼지를 공기로 불어서 날려 보

내기보다 흡입력을 사용하여 먼지를 빨아들이

는 청소 기계를 제작하기 시작했습니다.

◎ 평소 ‘진공청소기’를 사용 하면서 느낀 편리한 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

편리한 점

• 빗자루로 쓸지 않아 편하고

쉽다.

• 크기가 작은 가루나 먼지 같은

것들을 청소할 수 있어 좋다.

불편한 점

• 청소기 부피가 커서 좁은 공간

은 청소하기 어렵다.

• 청소기가 무거워 오래 다루기

힘들다.


tip




진공청소기 속 숨은 과학

◎ ‘진공청소기’와 관련된 아래 질문을 통해 과학적 용어 또는 원리를 조사해보자.

1. 진공이란?

진공이란‘아무 것도 없는’상태이다. 텅 비어

있는 공간이라고 생각 할 수 있다. 우리가 숨

쉬는 공기에는 공기 분자가 있지만 진공에는

공기분자가 거의 없다. 공기 분자가 없기 때문

에 진공은 주위보다 기압이 낮고, 바깥에 있는

공기가 진공 쪽으로 빨려 들어간다.

2. 진공청소기의 원리는?

공기는 압력차가 생기면 압력이 높은 고기압에

서 압력이 낮은 저기압으로 이동하게 되는데,

진공청소기는 전기에너지를 이용하여 공기의

압력차를 만들어낸다. 불완전한 진공을 만들어

내어 주변보다 기압이 낮은 청소기 안으로 공

기가 빨려 들어오도록 하는 것이다.

3. 내가 찾은 진공청소기 속 숨은 과학

발명품에 적용된 원리는 베르누이의 원리이다. 베르누이의 원리는 유체(기체, 액체)에 작용하는

압력이 일정할 때 압력과 속력은 서로 반비례한다는 공식이다.

본 발명품은 청소기가 작동되면 베르누이의 원리에 의해 발명품인 틈새흡입구로 공기가 빨려

들어온다. 그런데 발명품인 흡입구의 구멍이 작아서 발명품이 빨아들이는 공기의 양보다 청소기가

빼내는 공기의 양이 더 많다. 그렇기 때문에 공기의 속도는 빨라지고, 발명품 내부의 압력은 낮

아진다. 내부의 압력이 낮아진 발명품은 외부와의 압력차로 자바라가 수축해서 높이가 낮아진다.

그리고 높이가 낮아지게 되면 흡입력이 증가한다. 흡입력이 증가하면 빨아들이는 먼지의 양과

범위도 증가하게 된다.

‘진공청소기’하면 떠오르는 생각을 과학시간에 배운 내용과 관련지어 교과서 또는 인터넷 검색을 통해 알아보도록 하자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘가구 밑 틈새 바닥청소가 가능한 진공청소기 흡입구’의 제작 목적을

적어보자.

‣ 진공의 원리를 알고 진공청소기의 작동원리를 이해할 수 있다.

‣ 진공청소기의 발명과정을 이해하고 설명할 수 있다.

‣ 문제상황을 해결하는 사고력을 향상시킬 수 있다.

◎ ‘가구 밑 틈새 바닥청소가 가능한 진공청소기’를 직접 제작해보자.

준비물파일, 아크릴, PVC관 10cm, 시트지, 쇠톱, 글루건,

진공청소기, 순간접착제, 접착테이프, 아크릴칼


* 쇠톱을 다룰 때에는 특히 유의하고, 사용 후 제자리에 두도록 한다.



1. 설계 도면을 참고하여 발명품 제작을 위한 부품의

사이즈를 결정한다.

봉지클립의 고리 부분을 잘라낸 이유는 무엇일까?

w hy ?

도면을 보고 제품을 정확히 제작하기 위해서 수치를 기록한다.



2. 아크릴판을 부품 사이즈에 맞게 잘라낸다.

아크릴판을 다루기에 어려움이 있으면 어떤 재료로 만들어보면 될까요?

h ow ?

아크릴판을 다루기 어려운 여건인 경우, 폼보드(2mm 두께)를 사용하여 제작해도 무방하다.

3. 흡입구의 측면 부위를 자바라 형태로 만들기 위

하여 파일을 자른다.

4. PVC관(진공청소기 관에 연결) 10cm에 아크릴판

을 부착한다.

PVC관의 직경은 왜 진공청소기보다 좁아야 할까?

w hy ?

진공청소기 관에 꼽아 밀착되어야 하므로 PVC관의 외경이 진공청소기 관의 내경보다 약간 작으

면 좋다.

5. 아크릴판과 파일로 만든 자바라 형태를 순간접착

제를 이용하여 붙인다.

흡입구 측면 부위를 자바라 형태로 만들면 어떤 장점이 있을까?

w hy ?

가구와 바닥사이의 좁은 틈의 먼지도 제거할 수 있다.



6. 발명품의 부품사이에 틈이 없도록 잘 살피어 떨

어져 있는 부위는 접착제와 글루건을 이용하여

붙여준다.


what?

흡입구의 상단에 먼지가 제대로 들어가고 있는지 눈으로 볼 수 있도록 투명 아크릴을 부착하여

사용하는 것도 좋을 것이다.


1단계 : 흡입구 밑에 구멍을 뚫어 큰 먼지

흡입이 잘 되도록 한다.

2단계 : 파란색 시트지를 붙여 작품을

더욱 돋보이게 한다.

3단계 : 진공청소기와 연결한다. 4단계 : 흡입구를 가구의 밑부분에 넣어

청소를 실시해본다.


tip



나도 발명가 !



◎ 가정에서 사용하는 전자제품 중에서 평소 불편한 점을 생각하고 개선방안을 기록해보자.

평소 가정에서 사용하던 가전제품을 생각해보고, 부모님의 사용 후기도 들어보자.

tip

내 손에 딱! 맞는 고무장갑


내 손에 딱! 맞는

고 무 장 갑제33회 전국학생과학발명품경진대회


학습목표 고무의 탄성을 이용하여 미끄러지지 않고 내 손에 딱 맞는 고무장갑을 제작할 수 있다.

◎ 제작 동기

나는 집에서 설거지를 많이 도와준다. 엄마는 일을

하시고 할머니는 동생을 돌봐야 하기 때문에 많이 힘

드시다. 그리고 학교에서 반장이라 선생님이 걸레 빨

기 봉사활동을 많이 시키신다.

그런데 설거지를 하거나 걸레를 빨 때마다 내손에

고무장갑이 너무 커서 헐렁하고 밥그릇이나 물 컵을

잡기가 힘들다. 특히 젓가락을 씻기가 힘들다. 그때

마다 교실이나 집에 있는 고무장갑은 너무 크다는 생

각이 들었다.

고무장갑이 팔뚝에서 흘러내리기도 하지만 손이 작아서 손바닥과 손가락 부분이 너무 헐

겁고 무언가를 씻을 때 불편해 손이 작은 사람에게도 맞는 고무장갑이 있었으면 좋겠다는

생각이 들었다.

이러한 불편한 점에서 나는 새로운 고무장갑을 만들고 싶었다. 나처럼 작은 손에도 잘 맞

고 또 손이 큰 사람에게도 작지 않은 고무장갑을 만들어 편하고 즐거운 마음으로 엄마를

도와줄 수 있으면 좋을 것이다.

보통 고무장갑은 크기에 따라 길이와 손의 크기 부분이 다르다. 하지만 나와 우리 반 선

생님처럼 손이 작은 사람은 손가락도 짧고 얇아서 작은 고무장갑을 껴도 크다는 생각이

든다. 그리고 가장 작은 크기의 고무장갑은 공기가 잘 통하지 않아 땀이 너무 많이 생기

고 손 전체에 딱 붙어 고무냄새가 너무 많이 난다는 문제가 있다. 이 문제들을 해결하고,

좀 더 좋게 고무장갑을 바꾸고 싶어 만들게 되었다.



◎ ‘고무장갑(합성고무)’과 관련된 것들에 대해 조사해 보자.

합성고무의 역사 합성고무의 종류와 특성

Silicone고무상은 1940년대 초 미국, 일본,

독일에서 내열성으로 합성, 생산하였다. 합성

고무는 생고무와는 달리 자연고무나무에서 생

산되는 것은 아니다. 합성은 용어자체가 유기

물질을 화학적으로 두 가지 이상 원소에 촉매

를 가하여 중합시킨 것을 합성이라 한다. 합성

고무의 역사는 불과 18~19세기 동안 선진국

과학자들의 연구와 노력에 의해서 눈부시게 발

전했으며 부다디엔 + 이소프렌 + 스치렌 등에

촉매를 가하는 연구를 하여 합성고무가 생성되

기 시작하였다.

SBR은 스치렌+부타디엔을 중합하여 SBR합성

고무가 생성되었으며, 니티릴 + 부타디엔을 합

성중합하여 내유고무(NBR)가 생산되었다.

◎ 평소 고무장갑을 사용하면서 느낀 좋은 점과 나쁜 점을 기록해 보자.

좋은 점

• 설거지를 할 때 손에 물이 묻

지 않게 해준다.

• 인체에 유해한 물질을 만질

때에도 피부를 지켜준다.

나쁜 점

• 성인 손 크기로 판매되어 손이

작은 사람은 불편하다.

• 오래 착용하면 바람이 통하지

않아 답답하다.

고무장갑을 생활 속에서 사용하면서 어떤 점에서 유용했고, 어떤 점에서 불편했는지 적어 보자.

tip

◎ 모둠별로 정리한 좋은 점, 나쁜 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



고무장갑 속 숨은 과학

◎ ‘고무장갑’속에 숨은 과학 지식에 대해 조사해 보자.

1. 고무장갑이 잘 늘어나는 이유는 무엇일까? 힘과 관련지어

설명해 보세요.

탄성은 외부로부터 힘을 받아 모양이 달라진 물체가 그 힘이

없어지면 다시 본디의 모양으로 되돌아가려 하는 성질이다.

탄성에너지는 변형된 탄성체에 저장되는 일종의 위치에너지를

가리킨다. 물체에 외력이 가해지면 이 힘에 대한 일이 물체에

저장되는데, 탄성한계를 넘지 않는 범위에서는 물체가 원래 상

태로 돌아오기 위해 변형에너지가 쓰이고, 탄성한계를 넘을 경

우 에너지가 열에너지 등으로 변한다.

2. 고무장갑 표면에 돌기와 주름이 있는 이유는 무엇일까?

힘과 관련지어 설명해 보세요.

마찰 : 무엇에 대고 문지름, 운동하고 있는 물체와 다른 물체

와의 접촉면에서 그 운동을 방해하는 힘이 작용하는 현상

이다.

마찰력 : 두 물체가 마찰할 때 생기는 두 물체 사이의 저항력 이다.

3. 고무가 소재인 물건에는 무엇이 있을까? 주변에서 쉽게 찾을 수 있는 물건을 적어보고 친구와

의견을 나눠보세요.

고무장갑의 소재와 관련되는 힘에는 무엇이 있을지 생각해 봅시다.

tip




◎ 제작 동기를 읽고 고무장갑의 단점을 극복할 수 있는 다양한 아이디어를 제시 또는 구상해 보자.

‣ 고무장갑에 탄성을 가지고 있는 물체를 더하거나 탄성이 더 좋은 물체로 바꾸어 단점을

극복한다.

‣ 고무장갑을 오래 끼고 있으면 습기가 차고 손에 땀이 나는데 미끈한 고무의 면을 주름을

만들어 공기도 잘 통하고 탄성도 늘어나게 한다.

◎ ‘내 손에 딱 맞는 고무장갑’을 직접 제작해보자.

준비물1차 : 골베고무 밴드, 양면테이프, 접착제, 바느질 도구, 실, 뉴본드(No.110, 투명색)

2차 : 폐 고무장갑의 손목부분 고무(세로주름 부분)



* 접착제는 사용 전에 사용법을 숙지하도록 하고, 뜨거우니 조심하도록 한다.


1. 골베고무 밴드를 잘라 내가 원하는 크기의 원

형밴드를 만든다.

2. 원형밴드는 바느질을 이용하여 연결한다.

3. 완성된 고무 밴드를 고무장갑에 붙인다.

고무밴드의 면적에 변화를 주었을 때 고무장갑의 착용감에 무슨 변화가 있을까?

what?

구 분 실제 폭 P(장점) M(단점) 결과

1인치

골베고무25㎜ 질기다

탄성이 약하다

손가락 한마디보다 넓어서 불편하다×

16골베고무 15㎜ 탄성이 좋다. 넓어서 손가락 마디에 부딪힌다. ×

12골베고무 11㎜ 탄성이 좋다. 뒤집으면 떨어질 때가 있다. ○

8골베고무 7㎜ 탄성이 좋다.

얇아서 뒤집어도

떨어지지 않는다.

손가락의 좁은 부분만 조여 답답한 느낌이

든다.×

6골베고무 5㎜답답한 느낌이 든다.

얇아서 접착제를 충분히 바르기 힘들다.×




1. 세로주름밴드(폐 고무장갑의 손목부분)로 연결할 고무

장갑의 손가락 부분을 자른다.

- 밴드로 연결될 부분(1.5cm)을 잘라낸다.

- 손가락의 셋째 마디 부분에 주름 밴드를 연결한다.

2. 세로주름밴드(2.5cm)를 손가락 마디 부분에 연결한다.

3. 손가락 고무장갑과 밴드가 맞닿는 부분이 0.5cm가

되도록 하여 접착제를 이용해 붙인다.

- 고무장갑과 주름이 맞닿아 붙이는 두 곳이 위, 아래

1cm가 된다.(겹치는 부분 발생)

고무장갑 손가락 부분에 탄성이 있는 물체를 감아주는 것이 무슨 효과가 있을까?

what?

손이 작은 사람뿐만 아니라 여러 크기의 손에도 편하게 잘 맞는다는 장점이 있다. 그래서 고무장갑을

사용할 때 흘러내리거나 돌지 않아 물건을 잡고 씻기도 아주 편리하다. 세로주름을 사용하여 주름과

주름사이 구멍으로 공기가 통하여 습기가 덜 차고, 마찰력 줄어 고무장갑을 벗고 끼기가 쉽다.

• 경제적 효과

* 여러분이 만든 고무장갑을 실제 판매하려 할 때, 가장 합리적인 금액은 얼마인지 계산해 보세요.

<준비물 구입비(생산원가)>

1. 일반 고무장갑 1,500원

2. 접착제(250g/300ml) 4,000원

<판매가>



나도 발명가 !



◎ 주방에서 사용하는 물건들 중에서 개선이 필요한 것들을 골라 개선방안을 기록해보자.

주방을 자주 사용하시는 부모님께 조언을 구해보자.

tip

옥수수 알 따는 기구





학습목표 옥.따.기와 관련된 과학적 원리를 이해하고 작품 제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

저는 옥수수를 무척 좋아합니다. 그래서 우리

집에서 저를 ‘옥수수 왕’라고 부릅니다. 할머니,

할아버지께서 정성껏 키우신 옥수수를 쪄 먹으

면 할머니, 할아버지의 사랑을 느낄 수 있어서

더 맛있게 느껴집니다. 그런데 옥수수를 사랑하

는 저에게 큰 시련이 다가왔습니다. 그것은 바

로 옥수수를 맛있게 먹을 수 있는 여름에 앞니

두개가 빠진 것입니다.

제가 울먹이며 엄마께 이야기를 드리자, 엄마

는 인터넷에서 보셨다며, 포크로 옥수수 알을

따주셨습니다. 하지만 포크로 딴 옥수수 알의 모양이 많이 망가졌기 때문입니다. 옥수수

알의 터져서 탱글탱글한 맛이 없었습니다.

평소에 아빠가 발명과 과학 활동을 하시는 모습을 많이 본 저는 ‘어떻게 하면 옥수수

알의 모양을 망가뜨리지 않으면서도 쉽게 옥수수 알을 딸 수 있을까?’ 생각을 했습니다.

그러다가 엄마가 저녁 식사 준비를 위해 감자 칼로 감자를 깎는 것을 보았습니다. ‘어,

감자는 감자 칼로 깎으니 깨끗하게 잘 깎이네. 그럼 옥수수도 옥수수 알을 따는 칼이 있

으면 알을 잘 딸 수 있겠네.’하는 생각을 하게 되었습니다.



◎ 주방에서 사용하는 칼과 관련된 것들에 대해 조사해보자.

주방용 칼의 종류 주방용 칼의 용도

카빙 포크• 고기를 한입 크기로 자를 때, 고기가 움직이지 않도록 잡아 주는

포크이다.

파링 나이프

(과도)

• 조리칼의 축소판

• 작은 음식 조각을 깎고, 긁고, 자르는 데 사용한다.

그레이프프루트 칼 • 감귤류 과일의 과육을 떼어 낼 때 사용하는 칼이다.

보닝 나이프

(뼈칼)

• 날이 점점 좁아지는 작고 뾰족한 칼이다.

• 고기의 뼈를 발라내는 데 사용된다.

오이스터 나이프

(굴칼)

• 보호대가 있는 이중 날의 칼

• 입을 다문 채 서빙된 껍질 있는 굴을 까는 데 사용한다.

필러

(껍질 벗기개)

• 축으로 회전하는 칼날이 과일과 야채의 윤곽을 따라 돌며 껍질을

벗긴다.

버터 컬러• 톱니 모양 고리가 달린 주방 도구로 차가운 버터의 표면을 긁어

버터 컬을 만들 수 있다.

제스터• 감귤류 과일의 얇은 껍질을 제거할 때 사용하는 칼이다.

• 칼날 끝이 구부러져 있으며 5개의 작은 커팅 구멍이 있다.

◎ 다음의 칼을 이용해 옥수수 알을 딸 때, 불편한 점을 찾아 기록해보자.

불편한 점

가정에서 사용하는 주방 칼로는

작은 옥수수 알을 따기 불편하

고, 위험하다. 칼 끝이 날카롭

고, 한번에 여러 개를 딸 수 없

어 불편하다.

불편한 점

주로 과일이나 채소의 껍질을

까는 필러는 옥수수 알을 따기

에는 평면이며 옥수수 알의 모

양이 일그러져 불편하다.

옥수수의 모양과 크기와 관련지어 생각해보도록 하자.

tip

◎ 모둠별로 불편한 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



옥.따.기.의 과학

◎ ‘옥수수 알을 따는 기구’의 사진을 보고 다음 질문을 조사해보자.

1. 옥.따.기.에는 지제의 원리가 어떻게 적용되었을까?

지레는 지레를 받쳐주는 받침점, 힘이 작용하는 힘점, 그리고 물체에 힘이 작용하는 작용점의 세 가

지 요소를 가지고 있다. 보통은 적은 힘을 들여 더 큰 힘을 내게 할 때 사용한다.

지레의 원리는 물체의 무게를 W, 받침점에서 작용점까지의 거리를 a, 받침점에서 힘점까지의 거리

를 b, 지레에 작용하는 힘을 F라고 하면 다음과 같이 정리할 수 있다.

힘점

받침점

작용점

옥.따.기. 손잡이 부분이 힘점, 칼날 부분이 받침점과 작용점

2. 옥.따.기.에 빗면의 원리를 어떻게 적용되었을까?

힘을 가하는 거리를 길게 해서 힘을 적게 들이는 방법이다. 빗면의 원리는 작용하는 힘(F)×이동거

리(s)=물체의 무게(w)×지구중심에서 이동거리(s)이다.

옥.따.기. 칼날의 기울기를 낮춰서 적은 힘으로 큰 효과를 낼 수 있음

3. 탄성력과 관성의 법칙이 옥수수 알을 따는 것과 어떤 관련이 있을까?

옥.따.기.의 칼날이 탄성력이 있어 옥수수 알 하나를 딸 때 힘을 덜 들이고 딸 수 있다. 옥수수

알이 멈춰 있으려고 하는데 옥.따.기. 칼날이 따면 알이 앞으로 튕겨 떨어진다. 관성의 법칙을 이

용하여 옥수수 알을 한 알씩 딸 수 있다. 옥.따.기.로 옥수수 알을 따면 옥수수 알이 떨어지는 것

이 바로 관성의 법칙을 이용한 것이다.

과학시간에 배운 지렛대, 빗면의 원리와 탄성력, 관성의 법칙을 적용시켜보자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘옥수수 알 따는 기구’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 옥수수 알의 형체가 변하지 않고 쉽게 옥수수 알을 따야 한다.

‣ 찐 옥수수, 마른 옥수수 알을 쉽고 편하게 딸 수 있어야 한다.

◎ ‘옥수수 알 따는 기구’를 직접 제작해보자.

준비물집게 클립 1개, 펜치, 작은 망치, 원기둥 나무도막(지름5×높이10cm),

니스, 옥수수 1개, 조각용 칼(둥근, 각진), 사포(150방, 1000방)


* 펜치, 망치와 같은 공구를 사용할 때 손을 조심하여 사용한다.

* 니스를 칠 할 때는 창을 열어 환기를 시키고 충분히 말리도록 한다.


1. 집게클립의‘Ω’부분을 분리한다.

2. 분리한‘Ω’부분의 끝을 펜치로 편다.

집게클립 대신 잘 휘어지지 않는 철사를 사용해도 좋다.

tip



3. 펜치를 이용해 클립의‘Ω’부분을 1.2cm의 너비

로 조절한다.

4. 클립부분을 작은 망치를 이용해 납작하게 두드린다.

클립부분을 망치로 두드려 납작하게 한 이유는 무엇일까?

w hy ?

클립의 철사부분은 원래 둥근 모양을 하고 있기 때문에, 옥수수 알을 쉽게 따기 위해서 클립의

‘Ω’부분을 날카롭게 하기 위함이다.

5. 둥근 나무도막은 조각용 칼을 이용해 디자인하고

문양을 새겨 넣는다.

6. 사포로 나무도막 표면을 매끄럽게 하고, 니스 칠

하여 바람이 통하는 곳에 잘 말린다.

나무도막은 손잡이로 사용된다. 나무도막 외에 어떤 것을 사용할 수 있을까?

what?

나무는 물에 젖으면 냄새가 나기도 하고 위생상 좋지 않을 수도 있다. 열경화성 플라스틱이나 실

리콘을 이용하면 좀 더 위생적인 도구를 제작할 수 있다.

7. 미리 제작한 클립의‘Ω’부분을 망치를 이용해

나무도막에 꽂는다.



8. 펜치를 이용해 옥수수 알을 따는 칼날 부분을 빗

면으로 세운다.

클립으로 제작한 칼 날 부분을 빗면으로 세운 이유는 무엇일까?

why?

클립의 칼 날 부분을 빗면으로 각도를 만든 것은 빗면의 원리를 이용하기 위함이다. 도구를 잡는

방향과 옥수수를 따는 방향이 경사져 있기 때문에 빗면으로 각도를 만들어 주면 더 쉽게 옥수수

를 딸 수 있다.


<레진으로 제작한 옥.따.기> <실리콘과 석고로 제작한 옥.따.기>


tip



나도 발명가 !



◎ ‘옥.따.기.’처럼 농사와 관련된 도구 중에서 개선이 필요한 것들이 무엇이 있을지 생각

해보자.

농촌체험이나 시골에 갔을 때를 떠올려보자.

tip

사용하기 편리한 욕실 발판


◎ 제작 동기

매일 아침에 내가 먼저 씻고 나온 뒤 아빠가 씻으러

화장실로 들어가신다. 나는 밥을 먹고 옷을 입은 뒤

양말을 신고 화장실에 소변을 보러 들어가면 아빠가

남겨 놓은 흔적들 때문에 양말이 다 젖기가 일쑤다.

아빠가 머리를 감거나 샤워를 한 뒤 나오면 변기 앞

욕실발판에 물이 흥건히 젖어있을 때가 많다. 엄마가

아빠에게 “씻고 나올 때는 수건이나 걸레로 꼭 닦고

나오세요!” 잔소리를 하시지만 항상 지켜지는 것이 아니다.

나도 예외가 아니다. 씻고 젖어있는 욕실발판을 닦고 나오지 않으면 혼이 크게 난다. 자

꾸 잊어버리는 건 아빠를 닮은 모양이다. 또 우리 집 욕실발판은 크기가 너무 작아 모양

이 비슷한 다른 욕실발판을 사다가 옆에 붙여 놓았다. 그런데 욕실에 들어가려고 발을

디딜 때면 두 발판이 서로 따로 떨어져 미끄러지는 위험한 상황이 닥칠 때가 많다. 나만

그런 것이 아니다. 엄마가 욕실로 들어가며 미끄러지며 큰소리로 “어머!”하고 놀랜 적이

수 없이 많다. 미끄럼 방지 패드를 사다가 욕실바닥에 붙여보았지만 쉽게 떼어져버리는

등 불편한 점이 너무 많았다.

그래서 어떻게 하면 욕실발판의 물을 잘 빠지게 할 수 있을지, 또 욕실발판이 미끄러지

지 않게 하기 위해서는 어떻게 해야 할 지 고민하게 되었다.

사용하기 편리한

욕실 발판제35회 전국학생과학발명품경진대회

생활과학1부문

학습목표 발판의 상판이 곡면으로 생긴 물기가 잘 마르는 편리한 욕실 발판을 제작할 수 있다.



◎ ‘빗면’과 ‘힘의 분산’에 대해 조사해보자.

‘빗면’이란?

빗면은 수평면에 대하여 일정한 각도로 기운 평면으로 사면(斜面)이라고도 한다. 예를 들어

무게가 10N인 물체를 수직으로 들어 올리려면 10N의 힘이 든다. 하지만 빗면을 이용하여 끌

어올리면 그보다 작은 힘으로 위쪽으로 물체를 이동시킬 수 있다. 무거운 짐이 실린 수레의

경우 수직으로 들어서 계단을 오르는 것은 불가능하지만 경사로를 이용해 밀면 쉽게 높은 곳

에 갈 수 있다. 이것은 빗면이 물체를 위쪽으로 미는 수직항력과 중력의 일정 성분이 평형을

이루기 때문이다. 경사각이 작을수록 더 적은 힘으로 물체를 움직일 수 있다. 그러나 높이 h

만큼 움직이기 위해서 필요한 빗면의 거리는 보다 길어지며 물체에 한 일의 양은 수직으로

들어 올릴 경우와 같다.

빗면의 원리가 이용된 물건

빗면의 원리를 응용한 것으로 쐐기와 나사가 있다. 틈을 벌리거나 물체를 쪼갤 때 양쪽으

로 바로 잡아당기는 것보다 쐐기의 빗면을 이용하여 벌리는 것이 더 적은 힘이 든다. 원기둥

에 감겨 있는 나사선을 평면으로 펼치면 빗면이 된다. 못을 직접 수직으로 넣는 것보다 나사

선을 타고 밀어 넣는 것이 더 적은 힘이 든다. 쐐기나 나사도 힘에는 이득을 보지만 한 일은

사용하지 않은 경우와 같다.

‘힘의 분산’

힘이 분산되면 약해지고 집중되면 강해진다는 이 평범한 이론은 널리 응용되어 왔다. 한

물체에 두 힘이 작용하거나 세 힘이 작용하거나 또는 더 많은 힘들이 작용하거나에 상관없이

마치 하나의 힘이 작용한 것과 같이 생각해볼 수 있고 이렇게 생각한 하나의 힘을 ‘합력’이라

고 한다. 이와 반대로 물체에 하나의 힘이 작용하더라도 이와 같은 효과를 나타내는 두 힘으

로 나누어지는 것을 생각해볼 수 있다. 힘이 분산되는 예로 무거운 것을 올려도 무너지지 않

는 안전한 다리를 생각할 수 있다. 왜 그럴까? 그것은 물체에 힘이 작용했을 때 일어나는 힘

의 분산과 에너지의 변화 때문에 그렇다. 일정한 크기의 힘이 여러 방향으로 분산되면 각각의

힘은 처음 힘에 비해 작아지는 것이다.

◎ ‘욕실 발판’을 사용한 경험이 있을 때 편리한 점과 불편한 점을 기록해보자.

편리한 점

• 욕실용 슬리퍼를 신지 않아

도 된다.

• 욕실 바닥을 꾸밀 수 있다.

(실내 인테리어)

불편한 점

• 물이 욕실 발판으로 튀어

젖어서 썩거나 냄새가 난다.

• 욕실 발판이 젖어있을 때

밟으면 양말이 젖는다.




욕실 발판의 과학

◎ 욕실 발판의 과학적 원리를 찾아보자.

1. 욕실 발판이 미끄러지지 않는 이유는 무엇일까?

욕실 발판이 미끄러지지 않게 하기 위해서는

마찰력이 작용해야 한다.

마찰력은 물체가 어떤 면과 접촉하여 운동할

때 두 물체의 접촉면에서 물체의 운동을 방해

하는 힘이다. 마찰력은 물체의 무게가 무거울

수록, 접촉면이 거칠수록 커지고, 접촉면의 넓

이와는 상관이 없다. 이 때 마찰력은 접촉면

사이에서 물체의 운동방향과 반대방향으로 작

용한다.

우리가 걸을 수 있고 자동차가 달릴 수 있는

것, 물건을 잡울 수 있는 것은 마찰력이 작용

하기 때문이다.

마찰력을 크게 하려면 접촉면에 고무와 같이

마찰력이 크게 작용하는 물질을 붙이거나 접촉

면을 거칠게 하고 누르는 힘을 크게 하면 된다.

2. 물기가 잘 마르기 위해서는?

물기가 마르는 것은 물의 증발현상이다. 증발

이란 액체 상태의 물이 끓는점 이하에서 열을

흡수하여 기체 상태의 수증기로 변하는 현상이다.

증발은 기온이 높을수록 증발이 잘 일어난다.

기온이 높으면 포화 수증기량이 커지므로 공기

속에 포함될 수 있는 수증기의 양이 많아진다.

따라서, 증발이 활발하게 일어날 수 있다. 또한

공기가 건조할수록, 바람이 많이 불수록 증발

이 잘 일어난다. 빨래는 바람이 많이 부는 날

잘 마른다. 그늘진 곳보다 햇빛이 잘 드는 곳

에서 증발이 잘 일어난다. 물 표면과 공기가

닿는 표면적이 넓을수록 증발이 잘 일어난다.

같은 양의 물을 큰 그릇과 작은 그릇에 똑같이

나눠 담으면 큰 그릇의 물이 빨리 증발한다.

3. 욕실 발판의 평면과 물기가 마르는 것에는 어떤 관계가 있는가?

욕실 발판의 평면은 평평하다. 평평한 평면에는 물이 고여 있을수도 있다. 따라서 발판의 평면이

평평한 것 보다는 둥그렇게 볼록한 것이 물이 흘러내실 수 있어서 물기가 마르는 것에 효과적일

것이다.

일상생활에서 마찰력이 커지는 원리를 이용한 생활용품을 찾아 발표해보자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘사용하기 편리한 욕실 발판’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 마찰력의 원리를 이용하여 미끄러지지 않는 욕실 발판을 제작할 수 있다.

‣ 욕실 발판의 평면을 둥글고 볼록하게 하여 물기가 잘 마르는 편리한 욕실 발판을 제작할 수 있다.

‣ 욕실 발판의 높이와 물기가 마르는 관계를 탐구하여 물기가 잘 마르는 욕실 발판을 제작할

수 있다.

◎ ‘사용하기 편리한 욕실 발판’을 직접 제작해보자.

준비물 PVC 전선 몰딩(1m), 드라이버, 나사, 줄톱, 칼, 자, ND자석


* 몰딩을 자를 때 칼과 줄톱 등 도구의 사용에 유의한다.


1. 둥근 모양의 몰딩을 적당한 크기로 자르고 발판

모양으로 만든다.

둥근 몰딩 위로 물이 빠질 수 있도록 하고 몰딩

끼리의 사이를 두어 물이 밑으로 빠지도록 돕는다.

2. 사이의 간격을 두어 공기가 원환하게 순환할 수

있도록 제작한다.

바닥과 닿는 면에 고무를 부착하여 미끄러지지

않도록 한다.

욕실 발판의 크기를 자유롭게 조절하려면 어떻게 할까?

h ow ?

넓적한 욕실 발판이 아니라 둥근 모양의 발판으로 구성하여 물이 곡면을 따라 빠르게 빠질 수

있다. 둥근 모양으로 되어 있어 밟았을 경우 지압효과가 있다. 밟고 올라섰을 때, 체중이 분산되

어 골고루 힘을 받기 때문에 튼튼하고 강하다.



3. 한쪽 욕실발판에는 암나사 형태로 들어갈 수 있는

홈을 만든다.

확장시킬 욕실발판에는 수나사 형태로 돌출되도록

한다.

4. 2개의 욕실발판이 돌출된 부분과 홈이 서로 맞아

들어갈 수 있도록 제작한다.

2개의 발판이 하나가 되어 따로 분리되지 않도록

한다.

플라스틱 몰딩을 사용하여 윗부분이 둥글게 제작하여 물기가 흘러내리면서 잘 마르도록 한다.

돌출된 부분과 파여진 홈이 외관상 보기가 싫으며 결합력이 약해 쉽게 부러질 가능성

이 있다. 보기에도 예쁘고, 결합력이 강하게 하려면 어떻게 만들어야 할까?

how?

5. 세로로 확장할 수 있도록 욕실발판의 밑쪽 받침

부분도 한쪽은 암나사 형태로 들어가는 형태로

만들고 다른 한 쪽은 수나사 형태로 돌출될 수

있도록 만든다.

6. 가로로 확장할 수 있도록 한쪽은 암나사 형태로

들어가게 제작하였고 다른 한 쪽은 수나사 형태

로 조금 튀어나오도록 욕실발판을 제작한다.

쌍으로 활용될 때에는 효과적이지만 1개만 사용할 때에는 불필요하게 튀어나온 부분

이 많아 보기에 좋지 못하다. 발판 아래 부분의 개수가 많아 공기의 순환이 잘 이루

어지지 않을수도 있다.

tip



7. 윗면에 사용될 몰딩을 잘라서 받침도 물이 잘 빠

질 수 있도록 둥근 몰딩으로 사용한다.

발판 밑 습기를 효과적으로 제거하기 위해 1층의

공간을 최대한 늘여 공기 순환을 돕도록 한다.

8. 발판 아래의 습기를 효과적으로 제거하고, 무게

를 견딜 수 있도록 하기 위해 아래 부분을 지그

재그 형식으로 연결한다.

욕실발판의 모양을 그대로 지니고 있으면서도 확장하려면 어떻게 해야 할까? how?

9. 욕실 발판을 확장할 수 있도록 윗부분과 아래 부

분에 각각 네오디움 자석을 붙인다.

욕실 발판에 쿠션감을 줄 수 있도록 물에 젖지

않고 세균의 증식을 방지한 압축 EVA 재질의 보

호대를 패턴 디자인의 방식으로 붙인다.

최종작품 모습

<탁월한 물 빠짐 효과> <쿠션감을 더한 욕실 발판>



나도 발명가 !



◎ 욕실에서 사용하고 있는 물건들 중에서 불편한 것들을 찾아 기록하고 개선방안을 찾아보자.

욕실은 세면도구부터 미용도구 및 전자제품 등 많은 물건들이 있는 장소이므로 평소 생활모습을 떠올려 생각해보자.

tip

3D 과학원리 공부 세트


3D 과학원리

공부 세트제34회 전국학생과학발명품경진대회

학습용품부문

학습목표 3D와 관련된 과학적 원리를 이해하고 작품제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

3D 영화 ‘아바타’를 보고 입체영상에 관

심을 갖게 되었다. 영화 속의 주인공이나 비

행기, 화살, 총알 등이 영화 밖으로 쏟아져

나오는 것 같이 생생하게 느껴졌다. 3D안경

을 벗고 화면을 보면 흐릿하게 보일 뿐인데

어떻게 마치 살아있는 것 같이 생생하게 입

체로 보일까? 나는 학교 도서관에서 3D에

관련된 책을 찾아보고, 그 원리를 공부하게 되었다. 그 결과 우리 눈의 착시현상을 활용하

여, 두 눈에 보이는 영상을 다르게 해주어 원근감이 느껴지도록 했다는 것을 알 수 있었

다. 그 이후에 나는 3D 영화도 많이 보고, 3D 그림책도 빌려보게 되었다. 그런데 어느 날

‘나도 3D 그림을 그릴 수 있다면 좋겠다.’라는 생각이 들었고 그 방법을 탐구하게 되었다.

3D 그림을 쉽게 그릴 수 있다면 얼마나 좋을까?



◎ ‘3D’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.


3D는 3차원(Three Dimensions)의 약자입니다.

입체 영상을 말하기도 합니다.

입체적인 화면을 볼 수 있는 3D는 영화, 게임,

교육용 콘텐츠 개발, 지도, 의학, 디자인 등의

사회와 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 응용되고

있다.

◎ 평소 ‘3D’를 체험 하면서 느낀 좋은 점과 불편한 점을 찾아 기록해보자.

좋은 점

• 신기하고 재미있다.

• 평면에서 입체감을 느낄 수

있다.

불편한 점

• 적응하지 못해 어지럽다.

• 종종 멀미가 날 때도 있다.

좋은 점과 불편한 점 중에서 가장 중요하게 생각한 것을 먼저 적도록 하자.

tip

◎ 모둠별로 좋은 점, 불편한 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.

모둠 좋은 점우선

순위불편한 점

우선

순위

1

2

3

4

5

6



3D 속 숨은 과학

◎ ‘3D’와 관련된 아래 질문을 통해 과학적 용어 또는 원리를 조사해보자.

1. 착시란 무엇인가 ?

착시 현상은 눈을 통해 들어온 시각화된 형상

이 마치 움직이는 듯한, 혹은 변형된 형태로

인식되는 것이다.

한마디로 사물이 왜곡되어 보인다는 것이며,

이는 일종의 착각이다.

2. 우리가 세상을 3D로 인식하는 이유는?

사람은 두 개의 눈으로 사물을 본다. 이 때 오

른쪽 눈과 왼쪽 눈으로 보는 사물은 차이가 있

다. 6cm 정도 되는 두 눈 사이의 거리 때문에

이러한 차이가 생기고, 차이가 있는 두 눈의 2

차원 영상 신호가 뇌에서 합쳐져서 입체감, 원

근감으로 완성되는 것이다.

3. 내가 찾은 3D 속 숨은 과학

사람의 양쪽 눈은 각각 보는 공간이 다르다. 그래서 사물을 입체적으로 보게 되는데, 적청 입체

안경 역시 이 원리를 이용한다. 적청 입체 안경을 썼을 때에 빨간 안경은 빨간색을, 파란 안경은

파란색을 볼 수 없게 된다. 반대로 빨강과 파랑이 서로 반대되는 보색관계에 있기 때문에 빨간

안경으로는 파란색을, 파란 안경으로는 빨간색을 더 잘 볼 수가 있다. 이때 두 장의 그림을 파란

색과 빨간색을 잘 조절하여 겹쳐주면 왼쪽과 오른쪽 두 눈의 이미지가 만나는 곳을 조절할 수

있다. 이를 통하여 사진 속 사물이 앞 또는 뒤에 있는 것처럼 우리 눈에 보이게 된다.

‘3D’하면 떠오르는 생각을 과학시간에 배운 내용과 관련지어 교과서 또는 인터넷 검색을 통해 알아보도록 하자.

tip





◎ 제작 동기를 읽고 ‘3D 과학원리 공부 세트’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 누구나 3D 그림을 쉽게 그릴 수 있도록 한다.

‣ 3D 과학원리를 공부할 수 있는 학습용품을 만든다.

‣ 3D 과학원리에 대한 관심과 상상력이 길러지도록 한다.

◎ ‘3D 과학원리 공부 세트’를 직접 제작해보자.

준비물도화지, 자, 칼, 가위, 적색, 청석 셀로판지, 풀,

셀로판테이프, 적색, 청색 형광펜, 전기톱



* 전기톱은 사용 전에 사용법을 숙지하도록 하고, 뜨거우니 조심하도록 한다.


1. 3D안경 도안을 그리고, 적색, 청색 셀로판지를 입

체안경 사이즈에 맞게 적절한 크기로 자른다.

3D 적청 안경은 어디에 쓰이나?

w hy ?

적색과 청색을 사용하는 입체 방식을 애너그래피(Anaglyph)라고 한다. 입체감은 좋으나 이미지

의 색상 중 빨간색이 짙은 회색으로 보여 빨간색 손실이 단점이다.



2. 흰색 도화지로 만든 안경틀에 적색과 청색 셀로

판지를 붙여 3D 적청 안경을 완성한다.

※ 왼쪽이 빨간색, 오른쪽이 파란색이 되도록 붙인다.

3D 적청 안경의 좌우 색깔이 바뀌면 이미지는 어떻게 보일까?

why?

일반적으로 왼쪽을 적색, 오른쪽을 청색으로 한다. 좌우 색깔을 바꾸면 이미지의 원근이 뒤바뀌

어 보이게 된다.

3. 컴퓨터를 이용하여 3D 시트를 만든다. 작은 도형을

반복하여 배경 무늬로 만들어 인쇄한다.

흰 색 종이 대신 입체시트를 사용하면 어떤 장점이 있을까?

w hy ?

흰 색 종이 대신 배경무늬가 있는 입체시트가 입체감이 훨씬 잘 나타난다.

4. 적색과 청색 형광펜을 전기톱을 활용해 반으로

자르고 이어 붙여 입체펜을 완성한다.

적색과 청색 형광펜을 붙이는 이유는 무엇인가?

w hy ?

적색과 청색 이미지를 일정 간격 떨어져서 똑같이 그리기 위하여 필요하다.



6. 형광펜의 앞이 일치하도록 끝부분을 칼로 다듬는다.


what?

적색과 청색 형광펜의 간격을 조절할 수 있는 방법에 대하여 생각해 보도록 한다.


1단계 : 입체시트와 직접 제작한 3D 형광펜

을 준비한다.

2단계 : 원하는 그림과 글씨를 써본다.

3단계 : 3D 적청 안경으로 내가 만든 입체

이미지를 관찰하자.

4단계 : 최종작품을 완성한 모습


tip



나도 발명가 !




제작해보자.


tip

골무형 반창고


골무형 반창고



학습목표 골무의 생김새를 이용하여 반창고를 만드는 방법에 대해 탐구해 보자.

◎ 제작 동기

고등학교1 학기 초 당시에 숙제에

필요한 종이를 칼로 자르고 있었

다. 자르다보니 손이 칼에 베이기

쉬운 자리에 위치해 있었고 결국

나는 칼에 손톱 밑을 베이고 말았

다. 피와 함께 따끔거리는 느낌에

연고를 바르고 일회용 반창고를 붙

이기 위해 반창고를 꺼냈는데 손톱 밑에 붙일 수 있는 반창고가 없었다. 어쩔 수 없이

나는 반창고 없이 연고만 바르고 생활 할 수밖에 없었다. 하지만 연고는 금방 없어져버

렸고 다시 연고를 바르기 위해서 손을 씻으려고 물에 닿는 순간 너무 따끔거려 상처부위

에 물을 제대로 묻힐 수가 없었다. 그래서 나는 그냥 상처가 외부에 노출 된 채로 자연

치료가 되도록 기다려야만 했다. 손톱 밑에 난 상처 덕분에 나는 어떻게 하면 손 끝 쪽

을 다쳤을 때 불편함 없이 생활 할 수 있을까에 대해서 고민을 해 보았다. 그 해답을 찾

기 위해 이리 저리 고민을 하면서 TV를 보고 있는데 어느 드라마에서 부장검사가 파란

골무를 끼는 장면을 보게 되었고 골무를 보면서 ‘골무라면 손가락 끝에 씌우면 되니까

치료가 쉽겠다.’라고 생각을 하였다.

골무형 반창고


◎ ‘골무’와 관련된 것들에 대해 조사해 보자.

골무의 정의 골무의 역사

바느질할 때 바늘귀를 밀기 위하여 손가락에

끼는 도구. 두겁처럼 만든 것은 손가락 끝에

씌워 끼우며 반지처럼 만든 것은 손가락에 끼

운다. 헝겊, 가죽, 쇠붙이 따위로 만든다.

중국에서는 약 4,500년 전부터 명주가 생산되

어 바느질에 필요한 현재의 1/4 가량의 짧은

바늘이 생겨났는데, 이 바늘을 사용하기 위해

골무가 발명되었다. 한국에서는 B.C 1세기에

낙랑에서 사용했음이 고분에서 발견된 골무로

밝혀졌다. 이 골무는 은제(銀製)로 현재의 골무

와 똑같다.

◎ 평소 골무와 반창고를 어떻게 활용하는지 생각해 보고, 이 두 개를 합친다면 어떤 점

에서 이로울지 생각나는 대로 적어보자.

활용

• 바느질

• 노리개나 장식용 액세

서리를 만들 때 쓴다.

활용

• 상처 난 곳이 노출되지

않도록 덮어주어 세균의

감영을 막는다.

• 상처 난 곳이 물에 직접

닿지 않도록 예방 한다.

골무와 반창고를 합친다면?

골무와 반창고의 유익한 기능을 합친다면 어떤 점에서 이로울지 생각해 보고 적어보자.

tip

◎ 모둠별로 정리한 활용 사례를 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.

골무형 반창고


골무의 종류와 용도

◎ 옛 선조들이 사용한 ‘골무’사진을 보고 어떤 용도로 쓰였을지 생각나는 대로 적어보자.

바느질할 때 바늘을 눌러 밀 때나

바늘에 손끝이 찔리는 것을 막기 위해

사용한 것으로 둘째손가락 끝에 끼

우던 것이다.

화살을 만들 때 사용하는 골무 이다.

백동으로 만든 골무로 바늘을 눌러 밀기 위해 둘째손가락 끝에

끼우는 바느질 도구이다.

옛 선조들의 생활환경을 고려하여 골무가 어디에 많이 쓰였을지 생각해 보고 그 용도를 적어보자.

tip

골무형 반창고


◎ 최근 현대인 들이 사용한 ‘골무’사진을 보고 어떤 용도로 쓰이는지 생각나는 대로 적어보자.

대전방지가 필요한 작업장, 손끝 작업이 많은 공정에서

쓰인다.

골무처럼 엄지손가락에 끼고 지폐를 세면 자동으로 카운

트해서 LED에 그 숫자를 보여주는 기계이다.

스마트폰이나 태블릿 PC를 사용할 때 지문이 묻지 않게

끔 쓸 수 있다.

추운겨울 장갑의 손가락 부분이 이 재질(전도성 섬유)로

만들어져 있다면 장갑을 벗지 않고 기기를 사용할 수 있

다.

마그네틱 핑거트립, 자석 골무로 볼트나 너트를 쉽게 집

을 수 있어 편리하다.

골무의 다양한 쓰임새를 이해하고 과거의 발명품이 어떤 변화를 겪어 현대의 발명품이 되었을지 생각해 본다.

tip

골무형 반창고



◎ 제작 동기를 읽고 반창고의 불편한 점을 극복할 수 있는 다양한 아이디어를 제시 또는

구상해 보자.

‣ ‣ ‣

◎ ‘골무형 반창고’를 직접 제작해보자.

준비물 반창고(잘라 쓸 수 있는 것), 바느질 도구, 본드, 라텍스 장갑(수술용 장갑)



• 1차 작품 제작과정

1. 잘라 붙이는 반창고를 손가락

보다 조금 크게 자른다.

2. 자른 반창고 두 개를 겹쳐 바느

질로 연결한다.

바느질을 이용하여 자른 반창고에는 왜 문제가 생겼을까?

why?

접착력을 전혀 이용하지 않고 바느질로만 연결했기 때문에 중간 중간 틈새가 생긴다. 손가락을

끼웠을 때 공간이 많이 남아 헐겁다.

골무형 반창고



1. 반창고의 접착력을 이용해서

테두리 부분을 칼로 흠집을

내어 벗긴 후 서로 붙인다.


1. 라텍스 장갑과 같이 손가락 형

태가 있는 장갑의 손가락 일

부를 잘라 ①과 같이 펼친다.

2. 자를 때 4부분으로 균일하게

자르고, 내부에 반창고를 붙여

손가락에 감아본다.


1. 골무형 밴드의 가위질을 할 때

한 쪽을 크게 남겨 불균형하게

자른다.

2. 손가락에 감아보고 3차 작품과의

차이를 비교한다.

골무형 반창고


최종작품


tip

나도 발명가 !




제작해보자.


tip

시각장애인용 이진법 점자블록


시각장애인용

이진법 점자블록



학습목표 2진법의 원리를 이해하고 시각장애인을 위한 작품 제작을 통해 새로운 아이디어를 제시할 수 있다.

◎ 제작 동기

전철역을 자주 이용하다 보니 규칙적인

모양을 가지고 있는 노란색과 회색모양

의 점자블록을 많이 보았다. 처음에는

그 용도를 알지 못하고 무심코 지나치곤

했는데, 어느 날 시각장애인이 지팡이로

점자블록을 따라 가는 것을 보고 그 용

도를 알게 되었다.

신체의 일부나 정신적 결함을 가진 장

애인으로서 불편하게 살아가는 사람들

중에서도 시각 장애가 있다면 얼마나 불

편한 점들이 많을까 하는 생각이 들었고 내가 그런 상황에 처한다면 어떻게 생활해 나갈

수 있을까 하는 생각을 해 보았다.

그래서, 시각장애인들이 외출 시에 목적지를 찾아가기 위해 대표적으로 이용하고 있는

점자블록에 관심을 가지게 되었고, 시각장애인들은 점자블록을 어떻게 이용하고 있으며,

불편한 점들은 무엇이 있는지 알아보게 되었고, 문제점과 개선점을 연구하여 시각장애인

들에게 하나라도 도움이 될 수 있는 발명품을 제작 할 수 있다면 정상적으로 살아가는 우

리들에게는 아무것도 아닐지라도 시각 장애인들에게는 큰 도움이 될 수 있다고 생각했다.



◎ ‘시각 장애’와 관련된 것들에 대해 조사해보자.

시각장애란? 시각장애인의 보행

시각장애란 시각의 전부 또는 일부가 정상이

아니어서 일상생활에 여러 가지 불편을 겪는

눈의 기능장애를 말한다.

2008년 한국보건사회연구원에서 시행한 장애인

실태조사에 따르면 돌 이후에 시각장애를 갖게

되었다는 응답이 98%를 차지했다. 장애를 가

지게 된 원인도 후천적 질환이나 사고에 의한

경우가 많았다.

국가통계포털 자료에 의하면 우리나라의 장애

인수는 2013년 12월말 기준 총 2,501,112명이

고, 그중에서 시각장애인수는 약 253,095명으

로 전체 장애인 중에 약 10% 정도를 차지하고

있었다. ‘시각장애인’의 수는 16종류로 분류한

장애유형별 통계에서 ‘지체장애인’ 다음으로

두 번째로 많았다.

흰지팡이는 시각장애인이 장애물의 위치와 지

형의 변화를 알려주는 도구로 어떠한 예상치

않은 상황에서도 시각장애인이 신속하게 적응

할 수 있도록 정보를 제공해 주는 도구이다.

흰지팡이를 이용한 감각기능의 효과를 높이기

위해 미국을 비롯한 여러 나라에서는 흰지팡이

사용 기술을 체계적으로 연구하여 “시각장애인

보행학”이라는 학문을 성립하였다. 흰지팡이의

주요 사용법에는 대각선법과 이점촉타법이 있

다.

가) 대각선법 : 지팡이를 대각선으로 가로질

러 잡고 바닥을 밀면서 가거나 혹은 지

팡이 끝을 2 ∽ 3cm 정도 들고 가는 지

팡이 사용 보행 기법이다. 지팡이의 팁

끝이 시각장애인의 어깨 넓이보다 5cm

정도 나가게 대각선으로 뻗는다.

나) 이점촉타법 : 왼쪽과 오른쪽을 지팡이로

두드려서 탐색하는 기법으로 기본적인

지팡이 기법인 2점 촉타법은 바닥의 상

황이나 바닥에서 활용해야 할 정보에 따

라 크게 4가지 방법으로 변형될 수 있다.

◎ 자신이 시각장애를 지니고 있다면 어떤 점이 불편할지 기록해보자.

불편한 점

1. 장애물을 확인할 수 없어 위험하다.

2. 원하는 곳을 찾아가기 힘들다.

3. 재미있는 영화를 볼 수 없다. 등등

자신이 앞이 보이지 않는 상황을 상상할 수도 있고, 학교나 가정에서 앞을 가리고 잠깐 동안 움직여 볼 수도 있다.

tip

◎ 모둠별로 불편한 점을 발표하고 친구들의 의견을 정리해보자.



2진법 점자블록

◎ ‘2진법과 점자블록’에 관련된 아래 질문을 조사해보자.

1 2

4 8

1. 2진법이란 무엇이며, 어떻게 계산할까?

우리가 일상 사용하는 수는 0에서 9까지의 10종류 숫자로 수를 나

타내는 십진법이다. 십진법의 1은 이진법에서는 1, 십진법의 2는

이진법에서는 10, 십진법의 3은 이진법에서는 11,… 등이다.

수를 이진법으로 나타냈을 때, 그 연산의 규칙은 다음과 같다. 0

＋0=0, 1＋0=1, 1＋1=10, 0×0=0, 1×0=0, 1×1=1. 이진법에 따라

큰 수를 나타내는 데는 긴 자리수를 필요로 하지만, 이진법은 컴퓨

터에 폭넓게 쓰이므로, 특히 중요하다. 컴퓨터에서 이진법이 사용

되는 이유는, 논리의 조립이 간단하고, 컴퓨터에서 사용하는 소자(素子)가 이진법의 수를 나타내

는 데 편리하다는 것, 즉 0과 1의 두 상태밖에 구별되지 않는 것이 많기 때문이다.

* 작품 제작에 응용한 2진 코드 원리 (4bit 사용)

네 개의 칸을 만들고, 첫 번째 칸은 1, 두 번째 칸은 2, 세 번째 칸은 4, 네 번째 칸은 8의 숫

자를 만들고 이진법의 원리를 응용하여 서로 다른 16가지 숫자의 조합을 만들어 각각의 숫자에

고유정보를 부여하여 다양한 정보를 표현하는 방법이다.

2. 현재 사용되고 있는 점자블록은 무엇이 있을까?

1) 점자블록의 기능

점자블록은 시각장애인이 보행과정 중 행해지는 직선보행, 방향전환, 목적지 발견의 3요소가

연속적으로 이루어지지 못하여 겪게 되는 시행착오를 줄여주고 보다 정확한 보행위치와 방향

을 안내하기 위해서 설치하는 편의시설이다.

2) 점자블록의 종류

점자블록은 기능과 형태에 따라 선형블록, 점형블록으로 나뉜다.

가) 선형블록

선형블록은 방향 유도용으로 보행동선의 분기점, 대기점, 시발점에서 목적방향으로 일정한

거리까지 설치하여 정확히 직선 방향을 잡는데 사용된다. 끝나는 지점은 점형블록으로 마

감하여 더 이상 연장되지 않음을 알려주어야 한다.

나) 점형블록

위치 경고용으로 보행 동선의 분기점, 대기점, 시발점, 목적지점 등의 위치를 표시하며,

장애물이나 위험지역을 경고하는데 사용한다.



3) 점자블록의 규격

가) 점형블록의 규격

점형블록은 30cm×30cm의 사각 판에 36개의 돌출된 원뿔 절단형으로 구성되어야 한다.

점의 크기는 지름 3.5cm, 높이는 0.6±0.1cm 정도가 적당하며, 점의 간격은 1.5cm으로

해야 한다.

나) 선형블록의 규격

선형블록은 30cm×30cm의 사각 판에 돌출된 원뿔절단형 직선이 네 줄로 구성되어야 한

다. 돌출선의 폭은 점형블록의 돌출점과 같은 크기인 3.5cm정도가 적당하며, 높이는

0.5±0.1cm으로 해야 한다.

다) 선형블록의 색상

점자블록의 색상은 황색을 원칙으로 한다. 다만, 바닥재 색상이 황색계열일 경우에는 흰색

또는 녹색으로 할 수 있다.

<바닥면에 실제로 설치된 여러 가지 점자블록의 종류>

2진법은 수학시간에 배운 내용을 떠올리고, 점자블록은 인터넷 검색을 통해 알아보자

tip

◎ 모둠 별로 조사한 자료를 발표하고, 다른 모둠의 발표를 정리하여 기록하자.




◎ 제작 동기를 읽고 ‘시각장애인용 이진법 점자블록’의 제작 목적을 적어보자.

‣ 시각장애인이 보다 알기 쉽게 목적지를 찾아갈 수 있어야 한다.

‣ 2진법을 활용하여 기존 점자블록보다 다양한 정보를 주어야 한다.

◎ ‘시각장애인용 이진법 점자블록’을 직접 제작해보자.

준비물하드보드지(30×30cm), 계란 판, 우드락,

양면테이프, 노란색 테이프, 글루건, 가위, 칼


* 글루건을 사용할 때는 피부에 닿지 않도록 유의한다.


1. 하드보드지(30×30cm)에 계란 판의 볼록 부분을

오려 붙여 구분선을 만든다.

계란 판의 볼록 부분 대신 무엇을 사용할 수 있을까?

w h a t

계란 판은 쉽게 망가질 우려가 있으므로, 플라스틱이나 더 강한 재질이 더 좋다. 예를 들면 타

일이나 석재로 만들 수 있다면 더 안전하고 오래 사용할 수 있을 것이다.

2. 경계를 만든 하드보드지에 우드락을 10×5cm로

잘라 양면테이프로 고정시킨다.

3. 우드락 테두리를 글루건으로 한 번 더 고정시킨다.

시각장애인이 더 쉽게 점자 블럭을 확인하려면 어떻게 하면 좋을까?

h ow ?

시각장애인들은 점자블럭을 볼 수 없기 때문에 지팡이를 이용하여 확인한다. 따라서 지팡이로

확인을 잘 할 수 있으려면 어느 정도 굴곡이 있어야 좋다. 그렇다고 높이가 너무 높으면 도보에

위험하기 때문에 적당한 높이의 굴곡으로 제작해야 한다.



5. 과정2와 같은 방법으로 아래와 같은 5개의 점자

블록을 제작하자.

6. 점자블록 테두리를 노란색 테이프로 경계를 만들자.

1(0001)

⇨ 역 입·출구

3(0011)

⇨ 개찰구 입구

5(0101)

⇨ 개찰구 출구

9(1001)

⇨ 승강기

15(1111)

⇨ 화장실


<우드락과 계란 판으로 제작> <타일과 황색락카로 제작>

제작과정에서 불편한 점 또는 개선되었으면 하는 아이디어는 메모해두자.tip



나도 발명가 !



◎ ‘이진법 점자블록’ 처럼 장애인의 편의를 도울 수 있는 발명품이 무엇이 있을지 생각해보자.

기존에 사용되는 장애인용 편의도구가 무엇이 있는지 조사해보고, 그것의 개선방안을 생각해보는 것도 좋다.

tip

<전국학생과학발명품경진대회 우수작품을 활용한 자유학기제 STEAM 프로그램> 집필진

안영균 국립중앙과학관

발로 부는 호루라기

블라인드 창호

깔끔한 캔들


이진법 점자블록

김민주 충청북도교육과학연구원



트리즈(TRIZ)



김진욱 충북과학고등학교

차렷! 액자!

안전 초 받침대


딱! 맞는 고무장갑

골무형 반창고

신인철 청주고등학교

공간지각능력 향상 게임

친절한 풍선도우미

곤충 투호놀이

진공청소기 흡입구

3D 과학원리 공부세트

최선희 증평중학교

트랜스포머 매직미러

콘 아이스크림 받침대

FUN 실내화


편리한 욕실 발판

전국학생과학발명품경진대회 우수작품을 활용한 자유학기제 STEAM 프로그램[교사용]

발 행 일 2015년 12월 7일

발 행 처 국립중앙과학관

대전광역시 유성구 대덕대로 481 (구성동32-2)

Tel 042.601.7894~6

발 행 인 김주한 (국립중앙과학관장)

집 필 인 안영균, 김민주, 김진욱, 신인철, 최선희

인 쇄 란기획인쇄사

대전 동구 대전로815번길 36 (정동13-25)

Tel 042.252.5394, 226.5394 Fax 042.252.9571

홈페이지 : www.science.go.kr

※ 국립중앙과학관의 허락 없이는 ‘공공 목적에 따른 활동’이외에 다른 용도로 이 책의 내용을 이용할 수 없습니다.

Documents

STEAM 프로그램(교사용).hwp