창의적 산출물 결과보고 자이로드롭의 브레이크 원리와 실험

1. 창의적 산출물 결과보고자이로드롭의 브레이크 원리와 실험 계남초등학교5학년 공정원 지도교사 전혜원 선생님

2. 연구동기 • 자이로드롭 • 얼마나 무거울까? • 어떻게 멈출까? • 안전한 방법일까? • 필요한 재료는 무엇일까?

3. 연구기간 및 방법

4. 자이로드롭이란? • 1998년 세계 최초로 롯데월드에 설치된 자이로드롭은1994년 세계유기시설 공원협회서 처음 소개된 놀이기구로 중앙의 타워, 탑승의자, 호이스트로 구성되어 있습니다.

5. 자이로드롭의멈춤원리 • 자이로드롭은 • 자석을 이용 • 자석은 전자석 • 전자석은 • 전류가 흐르는 전선 주위에 자기장이 발생하여 자석과 같은 역할을 하는 것 • 특히 전자석은 자석의 세기를 조정할 수 있음 • 이런 이유로 전자석을 사용합니다.

6. 자이로드롭의 사고는? • 자이로드롭의 추락사고 • 없었음 • 기타사고 • 2010년에 시스템오류로 자이로드롭이 상공에서 20분 동안 멈춰 있었음

7. 자이로드롭의 무게는? • 의자의 무게 • 의자 한 개의 무게 : 2kg • 의자의 개수 : 40개 • 의자 총 무게는 약 80kg • 사람의 무게 • 사람 한명을70kg라고 가정 • 사람의 총 무게 : 2800kg • 자이로드롭의 무게 • 80kg + 2800kg = 2880kg

8. 자이로드롭을 멈추기 위해서는? • 위치에너지 • 높은 곳에 위치한 물체의 에너지 • 다시 말해서 지구가 잡아당기는 힘 (중력)에 의한 에너지 • 중력이 일정하다고 가정하고 땅을 기준 높이 (0미터)로 정할 때, 지표면으로부터 높이 h에 있는 물체가 지표면에 도달하는 동안 중력이 물체에 하는 일 (위치에너지)은 mgh로 계산 가능 • 질량이 1kg인 공이 높이 1m일 때의 위치 에너지 • 9.8 N × 1 kg × 1m = 9.8 [N.kg.m] = 9.8 [J] • 자이로드롭의 위치 에너지 • m = 2880kg, g = 9.8N, h = 60m 따라서 1,693,440[J] • 이것은 질량이 1kg인 공을 높이 1m에서의 위치 에너지의 172,800배

9. 연구내용 • 가설설정 • 자석의 힘이 셀수록 멈추는 힘이 더 셀 것이다. • 금속의 종류에 따라 멈추는 힘이 더 셀 것이다. • 실험 준비물 • 자석, 금속 봉, 스톱워치 • 실험 방법 • 알루미늄, 황동, 쇠 파이프 등을 준비한다. • 알루미늄, 황동, 쇠 파이프에 자석이 아닌 물건을 떨어뜨리고 시간을 측정한다. • 알루미늄, 황동, 쇠 파이프에 자석을 떨어뜨리고 시간을 측정한다. • 자석의 개수를 바꿔가며 시간을 측정한다.

10. 실험장치 5mm 5mm 황동파이프 알루미늄 파이프 8.5cm 8.5cm 3.3cm 3.3cm

11. 여러 가지 동전 • 동전을 떨어지는 속도가 너무 빨라 정확한 낙하시간을 측정하지 못했다. 파이프의 길이가 길어지면 동전이 떨어지는 속도도 측정이 가능할 것이다.

12. 네오디움 자석

13. 네오디움 자석

14. 실험 영상

15. 최종결과 • 자석의 개수에 따른 낙하시간 분석 • 1개 일 때는 자력이 약하여 낙하시간이 가장 짧다. • 3개 일 때는 자력이 더 강해져서 낙하시간이 더 길어진다. • 5개 일 때는 자력의 증가보다 무게의 증가가 더 커져서 3개 일 때보다 짧다. • 파이프 재질에 따른 분석 • 황동파이프가 두께가 더 두꺼워서 더 느려진 것 같다. • (아쉬운 점은 2개의 파이프의 두께가 달라서 재질차이인지 두께차이인지 알 수 없었다.) • 쇠 파이프로 하는 경우의 가정 • 파이프 중간에 자석이 붙어서 실험을 할 수 없을 것 같다.

16. 연구하면서 느낀점 • 자이로드롭이 전자석으로 멈추는지 몰랐고, • 자이로드롭의 사고가 인명사고가 없어 다행인 것 같다. • 위치에너지의 계산이 어려웠고 단위가 처음 보는 것이라서 힘들었다. • 구리와 알루미늄파이프에 자석이 느리게 내려가는 것이 신기하다.

17. 참고문헌 • 네이버 지식백과 • 애질런트-신과람 과학활동 2 : 전기와 자기

18. 감사합니다.