3-D 자력선 (3-D Magnetic Field Demonstration)

1. 3-D 자력선 (3-D Magnetic Field Demonstration) 파라핀유와 철가루를 사용하여 자석 주위에 형성되는 자기력선 모양을 입체적으로 보여주는 녹슬지 않고 반영구적으로 사용할 수 있는 교육용 완구 자석 주위에는 자기력이 작용 하는 자기장이 형성된다. 어느 한 점에서 자기장의 방향은 그 곳에서 나침반의 N극이 받고 있는 힘의 방향으로 정한다. 이때 자기장의 방향을 선으로 나타낸 것을 “자기력선”이라고 한다. 파라핀유 속에 섞여 있던 철가루는 자기장이 형성되면 주위에 자기력선의 모양으로 분포한다. • 파라핀유 속의 철가루가 골고루 섞이도록 입체 자력선 데모를 상․하 또는 좌․우로 충분히 흔들어준다. • 2. 중앙 통로에 원형자석을 집어넣는다. • 3. 플라스틱 케이스 안의 자석 주위에 입체적으로 형성되는 자기력선의 모양을 관찰한다. 직접 작동해 보시면서, 자석주위에 분포된 철가루의 배열과 밀도를 관찰하시고, 자기력선의 형성과 원리를 입체적으로 체험하세요.

2. 갈릴레오 온도계( Galileo Thermometer ) 주변에서 사용하는 온도계는 많이 있는데, 더우면 가라 앉고 추우면 물위로 떠서 우리에게 온도를 알려 주는 갈릴레오 온도계 유명한 학자 갈릴레이 갈릴레오가 발견한 원리를 이용하여 만든 온도 계입니다. 액체가 들어있는 실린더 안에 5개의 빨강, 파랑, 초록, 검정, 꼬냑 색깔의 서로 다른 색깔의 오일이 들어 있는 유리구슬이 온도의 변화에 따라 떠오르거나 가라앉으며 온도를 나타내어 줍니다. 즉, 실린더 안 물의 밀도와 유리구슬 안의 오일의 밀도가 서로 다르기 때문에 온도가 변하면 부피가 팽창하거나 수축하여 작은 유리구슬이 떠오르거나 가라앉습니다. 이러한 원리로 정확한 온도를 측정할 수 있습니다. 실린더 안에 있는 유리구슬이 온도가 변화함에 따라 떠오르는데 떠있는 유리구슬 중에서 가장 아랫부분에 있는 유리구슬이 현재의 온도를 가리켜 줍니다. 유리구슬 아래에 붙어있는 금속은 온도를 나타내는 숫자가 써 있으며, 무게를 조절하는 추의 역할을 합니다. 1.더우면 모두 아래로 가라앉는 답니다. 이 정도면 적어도 28° 이상입니다. 3.이것을 냉 장고나 추운 밖에 잠시 놔 두면 모두 위 로 올라가지요. 2.맨 위에 것이 28° 를 나타내 지요. 5.이것을 따뜻한 곳에 두면 하나씩 아래로 내려오게 됩니다. 6.그 다음 것 이 내려 오지 요. 그 다음 것은 20°를 나타내는군요. 4.이때는 적어도 18° 이하이지요. 맨 아래의 것이 18°를 나타냅니다.

3. 거꾸로 오르는 모래시계 (Times Up Timer) 중력을 거역하는 거꾸로 올라가는 모래시계가 있답니다. 밀도차에 의해 고체 알갱이가 액체 내부에서 위로 올라가는 것을 관찰할 수 있는 완구 일반적인 모래사계는 중력에 의해 위쪽에 있는 모래가 작은 틈새를 통하여 아래로 내려오는 원리로 모래가 다 내려오는데 걸린 시간을 시계로 활용할 수 있는 기구이다. 만약 이러한 모래시계내부에 모래보다 밀도가 큰 유체가 들어있다면 어떻게 될까? 모래가 위로 올라가게 될 것이다. 왜냐하면 유체 내에서 유체보다 밀도가 작은 물체는 유체 위로 떠오르기 때문이다. 거꾸로 오르는 모래시계의 내부에는 투명한 유동성 파라핀으로 꽉 채워져 있으며, 그 파라핀과 함께 파라핀보다 밀도가 작은 모래만한 크기의 고체 알갱이(노란색, 푸른색, 검은색 3종류)가 포함되어 있다. 따라서 고체 알갱이가 모여 있는 부분을 아래로 위치하게 하고 세워두면 밀도차에 의해 고체알갱이가 일정한 시간동안 모두 위로 올라가게 된다. ※ 서로 섞이지 않는 액체 혼합물의 분리 두 액체가 서로 섞이지 않고 밀도가 다 를 경우 이들 혼합물을 용기에 넣어 가만 히 두면 밀도 가 큰 무거운 액체는 밑에 가라앉고 밀도가 작은 가벼운 액체는 위 에 떠서 층을 이루므로 혼합된 액체를 분 리할 수 있다. ☞ 서로 섞이지 않는 액체 혼합물의 예 물과 사염화탄소, 물과 에테르, 물과 벤젠, 물과 수은, 물과 식용유 등 노란액체의 양이 많은 쪽을 아래로 놓아주세요. 그리고 모래시계의 변화를 관찰해 보세요. 몇 분 정도 걸릴까요?

4. 거꾸로 오르는 원뿔 (Double Cone & Lamp) 물체의 무게중심에 따라 물체의 겉보기 운동이 달라지는 것을 실험을 통하여 확인할 수 있는 완구 물체의 어떤 곳을 매달거나 받쳤을 때 수평으로 균형을 이루는 점이 있다. 그 점을 물체의 무게 중심이라고 한다. 무게중심은 물체를 어떻게 놓느냐 하는 것 과 관계가 있다. 거꾸로 오르는 원뿔은 무게중심이 원 뿔의 중심축에 있는 것이 아니 라 중심축에서 먼 쪽 부분에 위치하도록 제작되었으므로 무게중심이 아래로 향하도록 원뿔을 경사면에 놓으면 경사면을 오를 수 있다. 즉, 원뿔이 경사면을 올라가는 경우에도 원뿔의 무게중심 이동방향은 항상 아래쪽을 향한다. ① ③ ② 3. 원 뿔이 경사로에서 어떻게 운동하는지 관찰한다. 1. 수평으로 놓았을 때 경사로의 기울기가 어디가 높은지 확인해 본다. 2. 원 뿔 모양의 팽이를 아래에 올려놓고 손을 놓는다.

5. 구름만들기(Experimental Cloud Equipment) 산의 중턱에 걸려있는 듯한 솜사탕같은 구름을 여러 분이 직접 만들어 볼 수 있습니다. 구름이 형성될 때 의 온도와 압력이라는 조건을 이해해 볼 수 있는 완구 ① 구름의 생성과정 공기중의 수증기가 기온이 높아지면서 상승하며, 공기중의 소금기가 미세한 먼지를 응결핵(중심물질)으로 응결하여 물방울이나 얼음알갱이 들이 모여서 구름형성. <불포화 공기의 상승→단열 팽창으로 냉각 → 상승응결 고도에서 포화 응결 → 구름의 생성> ② 구름의 생성이유 기온이 내려가는 현상이 생길 때 (공기의 상승, 밤낮의 변화등) 기온 이 낮아 진 공기가 포함할 수 있는 수증기량은 감소하게 되며 이때 생기는 여분의 수증 기는 이슬로 응결되며 이것은 구름이 될 수 있다. 1. 완구의 뚜껑부분을 젖혀서 열어 주세요. 2. 물을 매우 소량 (바닥을 가릴 정 도)만 부어주세 요. 4. 잘 눌러지지 않을 정도가 되면 펌프질을 멈추고, 뚜껑을 한 번에 열어주세요. 3. 뚜껑을 꽉 닫 은 후 뚜껑 부위 를 손으 로 펌프질 하 듯이 계속 눌 러주세요.

6. 균형 잡는 곰 (Ernest Balancing Bear) 양 옆의 팔이나 균형잡기 막대가 회전관성을 크게 하여 실위에서도 외바퀴자전거를 타는 곰은 균형을 유지해 무게중심과 회전관성을 학습할 수 있다. 이 완구의 물체의 무게중심을 이용한 것이다. 무게중심은 물체를 어떻게 놓느냐 하는 것과 관계가 있다. 무게중심이 높은 곳에 있을수록 물체는 위치가 불안정하며, 무게중심에서 그은 연직선이 물체가 놓인 바닥에서 벗어나면 물체는 쓰러진다. 즉, 무게중심이 낮고, 어떤 방향으로 기울이더라도 무게중심이 위로 올라가도록 놓인 물체의 경우는 기울였던 물체에서 손을 떼었을 때 무게중심이 원래 상태로 되돌아가므로 잘 쓰러지지 않지만 기울이면 무게중심이 아래로 내려가도록 놓인 물체는 조금만 기울여도 쓰러진다. 이 원리를 이용한 것이 바로 오뚝이와 같은 장난감이다. 균형잡는곰은 잡고있는 봉이 무게중심의 주요한 역할을 하게 되는 것이다. 봉의 중심을 잡고있게 되는 곰의 흔들림에?거의 상관없이 무게 중심은 줄의 위쪽 방향에 언제나 위치하므로 줄에서 떨어지지 않는 것입니다 그러므로, 양쪽에서 잡고있는 줄의 높낮이 변화를 통해 곰이 떨어지지 않고 앞,뒤로 움직이게 할 수 있는 것이다. (1) 곰의 양 쪽 다리 부분의 홈에 두 개의 봉을 각각 끼운다. (그림 1) (2) 두 사람이 줄을 팽팽하게 잡아 준 상태에서 곰의 바퀴 홈에 실이 위치하도록 하고 곰을 잡고 있던 손을 놓아 놓아 본다. 어떻게 될까요? (그림 2) (3) 그 상태에서 양 쪽에 잡고 있는 줄의 높낮이를 변화시켜주면 곰이 앞으로, 뒤로 계속 움직이게 해 보세요. 곰이 줄 위에서 떨어지지 않 고 움직일 수 있는 이유는 무엇인가요? (그림 3)

7. 동전 쌓기 (Magic Penny Magnet Display) 동전을 위로 쌓아보고, 아래로 메달아 보기도 하고 참 재미있네요. 동전쌓기를 해 봅시다. 1) 동전쌓기 원리 두개의 동전을 자석막대 위에 올려 놓았을 때 가운데로 움직이며 모 이는 것으로 보아 자석막대의 가운데에 강한 자석이 있는 것을 알 수 있다. 이것을 이용하여 두개의 자석막대로 동전의 층을 쌓을 수도 있 고, 다리를 만들 수도 있다. 2) 자석이란 철을 끌어당길 정도로 자화(磁化)되어 있는 물체. 일시자석과 영구자 석이 있다. 일시자석은 전자석의 철심(연철)과 같이 외부자기장을 제거 하면 자성 이 없어지는 것이고, 영구자석은 일단 자성을 가지면 외부 자기장을 제거해 도 장기간 자성을 보유하는 것으로, 자석강이라고 하 는 강철을 강력한 자기 장 하에서 자화시켜 만든다. ① ③ ② 1. 동전을 피라미드 모양을 생각하면 쌓 아보세요. 2. 다리도 만들 수 있네요. 3. 다양한 동전 쌓기

8. 동전 축소 저금통(Micro Bank-Shrinks Coins) 어, 동전의 크기가 줄어들었네요. 원래 크기의 동전이 이상한 저금통에 들어가면 작아 지는 것을 볼 수 있어요. 왜 그렇게 변하게 될까요? 동전 축소 저금통의 그림은 ‘가’ 부분의 그림이 입사되어 관찰자의 눈 ㉠으로 반사된다. 그러나 관찰자는 ㉠의 연장선인 ㉮ 부분에서 직진한 것으로 여기게 된다. 관찰자는 물체에 반사된 모든 광선의 연장선인 거울 뒷면의 허상을 보게 되는 것이다. 또한 동전은 윗 부분의 동전 구멍으로 들어간 뒤 거울 뒷면으 로 내려가기 때문에 동전이 사라지는 것처럼 보이는 것이다. ① ③ ② ① 2. 안에 들어간 동전의 크기와 실제로 비교하 여 보니 와, 작아졌네. 3. 저금통 뒤에서 빼 면 됩니다. 1. 동전을 위의 입 구에 넣어볼까요. ※ 주의:너무 많이 넣지 말고, 종이 지폐는 사용하면 빼 내기가 힘들어요.

9. 루민 글라스 (Lumin Glass) 거미줄과 같은 섬세한 빛에서부터 장엄한 번개모양까지 매우 다양한 빛을 내는 [광 디스플레이] 고체에 열을 가하면 액체가 되고, 액체에 열을 가하면 기체가 된다. 기체에 열을 가하면 만들어지는 물질의 상태를 플라즈마라고 한다. 켜져 있는 형광등 내부나 태양은 플라즈마 상태이다. 루민글라스의 내부에 높은 전압을 걸어주고 고전압에 의해 전자들이 이동하면서 안에 있는 기체들을 플라즈마 상태로 만드는 것이다. 루민글라스 표면에 손과 같은 전기가 흐를 수 있는 물체가 닿으면 그 쪽으로 전자가 더 많이 이동해서 굵은 빛줄기를 만드는 것이다. 루민글라스는 중앙의 작은 공 부분에서 높은 전압의 전기 에너지를 줍니다. 이러한 높은 전압의 전기 에너지는 전자를 튀어나오게 하며, 튀어나온 전자는 주변의 기체분자와 충돌하여 기체분자의 에너지를 높입니다. 그러면 이 기체는 플라즈마로 변하게 되고 빛을 내게 됩니다. (1) 루민글라스의 표면에 손가락을 갖다 대어본다. 무슨 일이 일어날까 요? (2) 루민글라스를 손바닥으로 감싸고 안에 있는 빛줄기가 어떻게 되는 지 관찰해 보자. (3) 루민글라스를 음성감응 상태로 해주고 그 앞에서 목소리를 내어 보자. 또한 그 앞에서 댄스 음악을 틀어보자. 무슨 일이 일어날까요?

10. 매직 필터(Magic Filter) 매직필터는 교육적으로 여러 방법으로 사용될 수 있으며 다양한 색을 보여 주거나 줄 생각과 관찰한 색사이의 차이점을 이해하는데 도움을 줌. 매직필터의 작동원리는 빛의 파동성을 가지고 설명될 수 있습니다. 매직필터를 통해서 관찰한 현상은 빛의 파동성에 기인한다. 매직필터는 두께나 굴절율 이 다른 여러 층으로 되어있다. 빛은 굴절률이 다른 매질의 경계에 도달하면 일부는 반사하고 일부는 굴절이 된다. 또한 여러 층으로부터 도달한 빛은 파장, 층의 두께 또는 굴절률에 따라서 보강간섭이나 소멸간섭을 일으키게 된다. (자세한 내용은 책이나 인터넷에서 박막의 간섭을 참고) 학생들은 매직필터를 가지고 몇 가지 색깔을 만들 수 있을까요? 백여 가지 이상이 가능합니다. 예를 들면 백색광을 필터에 비추었을 때 노란색은 반사되고 파란색은 투과합니다. 필터를 거울에 비추었을 때 이러한 현상은 없어집니다. 비추는 각도를 달리하면 색깔도 다라서 변합니다. 어떤 색은 필터를 통과하고 다른 색은 그림자를 만듭니다. 색종이 위에 필터를 놓으면 나타나는 현상은 다릅니다. 따라서 매직필 터는 교육적으로 여러 방법으로 사용될 수 있습니다. 매직필터는 학생 들에게 예상하지 못한 다양한 색을 보여 줄 것이며 또한 학생들에게 생각과 관찰한 색사이의 차이점을 이해하는데 도움을 줄 것입니다.

11. 물먹는 새_독일산(Drinking Bird_German) 조용히 물을 먹는 모습을 지켜 볼 수 있습니다. 새의 몸통에 들어있는 액체의 성질과 증발현상을 이용 한 '물 먹는 새’의 아름다운 움직임을 지켜볼까요? 완구 내부에 들어있는 보라색 액체는 휘발성이 강하다. 새 부리의 표 면에서 액체가 증발하여 외부와 기압차이가 생기면 몸 속의 액체 내부 에 압력이 작용 하게 되고, 그 결과 기다란 목의 윗부분으로 액체가 올 라오게 되는 것이다. 이 때 새의 몸 속 균형이 깨지면 무게중심이 머리 쪽으로 이동하게 되고 새의 머리 는 물이 담긴 컵쪽으로 내려오게 되는 것이다. 그리고 새의 머리가 물 속에 잠기면서 수평을 유지하게 되면, 몸 아래쪽 액체 의 양이 증가하게 되고 무게중심은 몸의 뒤쪽으로 이동 하게 되므로 다시 새가 똑바로 서게 된다.이후 새의 머리 쪽 물이 증발 하게 되면 다시 같은 공정을 계속하게 되는 것이다. 물먹는 새 몸통과 컵이 들어 있답니다. 컵에 물을 3/4정도 채운 후 물먹는 새의 주둥이 를 물에 한 번 적셔준 후 움직임을 관찰해 보세요. 동영상을 통해 보듯이 매우 활발하게 새가 물을 먹을 수 있도록 해보세요.

12. 물시계(Water Clock) 건전지의 원리와 전기가 얻기 위해서 어떤 화학반응이 일어나야 하는지를 이해하는데 도움이 되는 실험완구입니다. 물시계 키트는 물 또는 집에 있는 여러 재료를 사용하여서 전기를 만들 수 있도록 되어 있다. 이때 만들어지는 전기는 사용하는 재료에 따라서 달라지 지만 모두 시계를 작동 하기에는 충분하다. 전해질 수용액에 이온화 경향이 다른 2가지의 아연판과 구리판을 넣고 도선을 연결하면, 이온화 경향이 아연은 전자를 금속판에 남기고 이온이 되어 용액 속으로 녹아 들어가고, 금속판에 남은 전자는 도선을 타고 이온화 경향이 작은 금속 쪽으로 이동해 간다. (-)극 반응 : Zn → Zn2+ + 2e- (+)극 반응 : 2H+ + 2e- → H2 전선이 이상이 없는데도 시계가 작동하지 않으면 시계가 작동하기에 중분한 전압(1.2볼트)가 만들어지지 않은 경우이다. 이는 물에 불순물이 너무 없는 경우이므로 한쪽의 전지에 레몬주스를 약간 넣어본다.

13. 반자성 데모기(Diamagnetic Levitation Demo) 흑연판과 세라믹 자석을 이용해 육면체 자석의 아랫방향으로 작용하는 중력과 위 방향으로 작용하는 자기력의 크기를 같게 조작하여 공중에 부양시키는 완구 모든 물체는 중력에 의해 아래로 떨어지고 있습니다. 그런데 공중에 뜨게 하려면 중력에 반발하는 힘이 있어야 하지요. 이것은 자기장의 힘으로 가능합니다. 즉, 자석의 같은 극은 서로 밀고 다른 극은 서로 당기는 지극히 당연한 원 리를 이용한 것이지요. 이와 같이 중력을 거슬러 허공에 뜨는 것을 반중력이라고 하는데 Levitron에서는 반중 력의 역할을 하는 것이 자석판 (magnetic base) 과 공중부양 된 물체 사이에 작용하는 자력이다. 서로 반대의 방향을 가진 N극 과 S극으로 자화된 상태이며, 같은 극끼리는 서로 밀어 내고 다른 극 사이에는 서 로 잡아당기는 힘이 존재한다. 그런데 아래에서 미는 힘이 너무 세면 위의 판에 붙게 되는데, 이때 위에서는 적절한 힘으로 아래로 밀면 물 체는 가운데 머물게 되어 마치 공중에 뜬 모양이 됩니다. 이것이 공중 부양입니다. ① ③ ② 잘 조정하면 위와 같이 공중에 뜸니다. 야! 성공이다. 나사를 잘 조정하면 흑 연판 사이에 있는 정육면체 자석이 위 아래로 꿈틀거리지요. 위에 자석을 많이 내리면 흑연판 사이의 정육면체 가 위로 달라 붙거든요.

14. 벽오르는 개구리(WildClimbersRed-EyedTreeFrog) 강한 흡기판과 vacuum technology system을 이용하여 매끄럽고 평평한 표면을 오를 수 있는 실제 아메리카에서 발견되는 Red-Eye개구리 모양의 완구 완구의 4개의 다리(발바닥)는 압착고무판으로 되어 있으며, 이 고무판을 붙이는 방식은 진공압착식이다. 즉, 욕실의 유리나 거울에 붙이는 수건걸이 대와 같이 충분한 압력을 가해 고무판 사이의 공기를 없애주어 외부와의 압력차에 의해 고정시키는 방식이다. 또한발바닥의 고무판 가운데는 특별히 완구의 몸통 안으로 이어진고무호스와 연결되어 있어 고무판에 압력을 가할 때 연결된 호스로 공기가 잘 빠져나가도록 구성되어 있어 아주 작은 힘으로도 쉽게 압착시킬 수 있다. 물론 표면은 유리나 금속과 같이 매끄럽고 깨끗해야 그 효과가 크다. 완구의 흡착판을 매끄럽고, 깨끗하고, 건조하 고, 수평․수직 또는 비스듬한 표면에 올려놓는 다. 그리고 단단히 흡착시킨다. 유리, 금속 표면이 가장 적합하다. 완구의 뒷다리 사이에 나와있는 축을 위로 밀어주면 완구가 작동하게 됩니다. ※ 유의 사항 손에 닿지 않는 곳까지 올라가게 하지 않는다. 만약 완구가 급격한 각도의 벽에 접하거나 흡착판이표면에 서 떨어지면 파손될 수 있다.

15. 별자리 극장(STAR THEATER2) 천체투영관(플라네타리움)과 천체망원경을 통해 경험하는 별자리와의 만남을 학교와 가정에서도 쉽고 간편하게 학습할 수 있는 소형 별자리 투영기 1) 별자리 찾는 순서 북두칠성이나 카시오페아 자리를 이용하여 북극성을 찾고, 관측지의 방위 를 파악한다. 방위를 알기 위해 북극성을 이용/ 북극성주변의 별과 별자리 (카시 오페아, 큰곰, 작은 곰, 세페우스 등)→계절의 성도에 서 밝은 별을 먼저 찾고, 이를 이용하여 별자리들의 위치를 대략 파악 → 성도나 사진을 보고 별들을 서로 이어서 자세한 별자리 모양을 만 든다. 2) 계절별 별자리 a.봄철: 목동자리의 아크투르스, 처녀자리의 스피카, 사자자리의 데네볼라 b.여름철: 백조자리의 데네브, 거문고자리의 베가, 독수리자리의 알타이르 c.가을철: 페가수스, 안드로메다, 물고기, 양, 물병 d.겨울철: 황소, 쌍둥이, 오리온 ※ 조작에 있어서 다음과 같이 위치별 의미 - 앞판: 시각 눈금 표시 (오후 9시는 21시로, 오후 11시 23시로 표시) - 뒷판: 월, 일 눈금과 별자리 표시 - 손잡이: 별자리판을 돌리는데 사용하며, 별자리판 회전축은 북극성에 해당됨. - 별자리판의 방위: 동쪽과 서쪽이 바뀜 (하늘에 들고 보면 4방위와 일치함) - 별의 밝기: 별의 크기로 알 수 있으며 크기 가 큰 것일수록 더 밝은 별임. 어두운 공간에서 천체 구의 전원을 켜주고 천 장에 투영시켜 원하는 시기 의 별자리를 찾아 볼 수 있답니다.

16. 삐에로 준(Pierrot JUN) 인형의 무게중심을 잡는 방법에 따라 여러 가지 자 세의 서커스인형 묘기. 너무도 불안정한 자세임에도 불구하고 두 개의 공 모양 역도를 들고 있네요. 물체의 어떤 곳을 매달거나 받쳤을 때 수평으로 균형을 이루는 점을 물체의 무게 중심이라고 한다. 무게가 버팀점 아래로 놓이면 놓일수록 장치는 안정해 진다. 질량중심은 물체를 구성하는 질량 입자들의 평균 위치이다. 그리고 무게중심 은 질량중심을 나타내기 위하여 사용되는 용어이다. 무게는 질량에 비례하므로 무게중심과 질량중심은 같은 점을 뜻한다. 미터자 와 같이 매질이 균일한 물체의 무게중심은 전체 무게가 무게중심에 집중되어 있는 것처럼 행동하기 때문에 물체의 중심에 무게중심이 있다. 자유롭게 매달린 물체의 무게중심은 매어진 점 바로 아래에 있다. 매인 점을 통과하는 연직선을 그리면 무게중심은 연직선 위에 있으며, 그 위치를 정확히 다른 점에서 물체를 매달아 보면 된다. 무게중심은 두 연직선이 교차하는 곳에 있다. 물체의 질량중심은 질량 이 존재하지 않는 물체의 외부 점일 수도 있다. ① ③ ② ① 인형의 긴.코를 이용하여 세워볼까 요? ② 그럼, 다리는 약간 구부리고 물구나무서 듯이 균형을 잡아보세 요! ③ 이번에는 조금 어렵 네요. 거꾸로 선 인형 의 한쪽 발뒤꿈치를 이 용하여 세워 보세요! ※ 무궁무진한 다양한 방법으로 균형을 잡아보세요.

17. 삼각 자이로 팽이(Precision Gyroscope) 줄을 잡아 당겨 돌린 팽이를 가느다란 받침대 위에서도 떨어지지 않고 힘차게 돕니다. 아이들이 놀며, 게임하며 회전관성을 학습할 수 있는 재미있는 완구 회전하는 원판은 회전축을 그대로 유지하려는 성질이 있기 때문에 팽이를 잡 은 손을 움직이면 힘을 느낄 수 있다. 이러한 팽이를 자이로스 코프라고 한다. 받침대 위에서 팽이가 기울어진 상태로 돌아가는 것을 세차운동이라고 한다. ✏ 삼각 자이로 팽이의 두 가지 특성 ① 일정 방향을 가리키며 회전하는 회전축은 언제까지고 그 방향을 유지 하는 방향 강성(强性)으로, 자동조종의 기본 이론이 된다. 빠르게 달리는 자전거의 핸들을 잡지 않아도 직선으로 나아가는 것이 좋은 예가 된다. ② 세차운동(歲差運動, precessional motion)으로, 회전축의 방향을 변화시키는 힘을 가하면 그 힘의 방향으로 움직인다. ✏ 회전체의 관성 어떤 고정된 축을 중심으로 하여 도는 물체는 그 물체의 지지대가 어떻게 움직이느냐에 상관없이 관성의 공간(inertial space)에 따라 자신의 위치를 갖게 된다. 만일 속도가 점점 줄어든다면 회전체의 관성은 점점 작아지고 그 물체는 비틀거리게 된다. ① ③ ② ① 줄을 끼운 후 옆의 테두리를 잡고 힘차게 줄을 당 긴 후 받침대 위에 올려 놓아야 겠 지요. 받침대 위에서 도 혼자 잘 돌아갑니 다. ② 이번에는 같은 방 법으로 한후 줄 위에 올려 놓아 볼까요. 줄 위에서도 혼자 잘 돌아갑니다. ③ 이번에는 실에 고리 를 만들어 그 안에 끼 우면 수직으로 잘 돕니 다. 물론 떨어지지 않지요.

18. 손으로 끓이는 액체(Hand Boiler) 손으로 병의 아래 부분을 감싸고 있으면 체온이 전 달되어 내부의 액체가 끓기 시작하면서 마침내 유리 병의 상단으로 이동하네요. 1)손으로 병의 아래 부분을 감싸고 있으면 체온이 전달되어 액체(메틸 알콜화합물)의 온도가 올라간다. 액체가 상승하는 이유는 다음 2가지로 설명할 수 있다. 첫째, 병의 내부는 압력을 낮추어 제작된 상태이므로 메틸알콜의 끓는점은 약 64℃∼65℃이지만 라울의 법칙에 의해 끓는점이 낮아져 체온에서도 끓는다. 따라서 증기압이 커지면서 액체는 빠른 속도로 위로 상승한다. 둘째, 끓지 않더라도 온도가 올라가면 메틸알콜은 분자간의 인력이 작아져 열팽창한다. 그런데 메틸알콜의 열팽창 율은 물의 약 8배이므로 빠른 속도로 팽창하여 위로 상승한다. 2) 압력과 끓는점(라울의 법칙) 용기에 물을 넣고 공기를 빼 용기안의 공기압을 작게 하고 알콜램프로 물을 끓이면 100℃보다 훨씬 낮은 온도에서 물이 끓는다. 즉, 대기압이 작아지면 액체의 끓는점도 낮아진다. 조작 및 활용 두 손으로 아래 부분을 움켜잡 으면 어!, 액체가 위로 올라가 네요. 위로 올라가서는 끓는 것처럼 기포 가 발생하네요. 와! 손으로도 액체 를 끓일 수 있네.

19. 스트로브 레볼루션(Strobe Revolution) 팽이를 살짝 손으로 벽에 대고 돌려 보았는데, 자기에 의해 공중에서 떠서 빛을 내며 돌고 있네요. 받침대에 자기장이 있고 팽이에 역시 자석의 물체가 있습니다. 이때 서로 같은 극은 서로 밀기 때문에 한 번 돌린 팽이는 공중에 떠서 돌게 됩니다. 두개의 자석을 가까이 하면 서로 달라붙거나 밀어 내게 된다. 봉의 볼 록한 부분에는 2개의 원판형 자 석이 들어 있고, 밑판의 산처럼 솟은 부분에는 삼각형 의 자석이 들어 있어 자석 사이에 작용하는 자기력을 이용해서 봉을 공중에 띄우고 섬 광을 내며 계속해서 돌 수 있도록 만들어진 것입니다. 이 완구 를 통해 자석 의 극에 따른 성질과 자기 부상 열차의 원리 를 알 수 있습니다. 팽이를 받침대 위에 놓고 팽이를 돌리듯이 돌 려봐요! 보통 팽이는 수직으로 돌리는데 이것은 수평 으로 돌리네요. 그런 다음 받침대 위에 놓고 얼마나, 어떻게 도는지 볼까요!

20. 신기루(Mirage) 두 개의 오목거울로 인한 빛의 반사에 의해 물체의 초점을 한 곳으로 모아 실제와 동일한 3차원 입체 실상을 만들어 보여 줍니다. 잡아도 잡히지 않죠? 1)거울의 반사에 의하여 생기는 상의 종류는 실상과 허상이 있다. 실상은 빛이 실제로 모여서 생기는 상으로 볼록렌즈나 오목거울에 의해 생기는 상이고, 허상은 빛이 직접 만나지 못하고 그 경로의 연장선에 의해 빛이 만나는 점에서 생기는 상으로 평면거울, 오목렌즈, 볼록거 울에 의해 생기는 상이다. 2)신기루 거울은 두 개의 오목 거울에 의해 생기는 실상이다. 오목거울에 의한 상은 물체의 위치에 따라 상의 위치와 종류와 크기 가 바뀐다. 즉 초점보다 가까운 거리에 놓은 물체의 상이 실제보다 크 게 확대되어 좌/우, 상/하가 바뀌어 나타난다. 즉, 신기루 거울 안에 놓은 물체에서 반사되어 나온 빛이 오록한 거울에 의해 두 번 반사되 어 좌/우와 상/하가 바뀌어진 실상을 만든다.

21. X-자이로(X-Zyro) 내가 던져보는 자이로스코프. 공간을 가르며 날아가는 자이로스코프. 회전운동하는 물체는 그 회전면을 그대로 유지하려는 경향이 있는데 이를 자이로스코프라고 합니다. 처음 세팅한 상태로 계속해서 돌며 그 방향만을 유지하기 때문에 외부장치의 위치나 방향이 바뀌어도 자이로 스코프는 그대로 유지 됩니다. 1) 자이로스코프의 예 ① 땅에 굴린 동전이 넘어지지 않고 계속 직진하는 원리 ② 자전거가 페달을 밟아 바퀴가 회전하면 잘 넘어지지 않고 계속 직진하는 원리 ③ 팽이를 돌리면 넘어지지 않고 계속 돌아가는 원리 2) 자이로스코프의 활용 ① 비행기, 선박, 우주선 등 주로 움직이는 운송장치 등에서 나침반용 도로 쓰임 ② 인공위성의 자세를 잡기위해 쓰임 조작 및 활용 ① ③ ② ① 그림처럼 오른쪽 손으로 감싸쥔 상태에서 머리 옆에서 시작합니다. ② 앞으로 쭈욱 뻗으며 X-Zyro를 회전시켜줍니다. ③ 팔을 쭉 뻗으며 X-Zyro를 던집니다.

22. 우주 전화기(Space Phone) 스프링의 길이변화에 따라 소리 전달의 다양한 변화를 이용하여 탐구할 수 있는 흥미로운 완구 소리는 공기를 통해서 전달된다. 소리는 공기를 흔드는 방향과 나란하게 퍼져나가는 종파라는 파동이기 때문에 매질의 밀도가 클수록 전달되는 빠르기도 같이 커진다. 소리의 속력은 공기를 매질로 소리가 전달될 때 상온에서 1초에 340m 의 빠르기로 전달되고 물 속에서는 공기 속에서보다 4배(1초에 1360m) 정도 되며, 금속에서는 이보다 더 빠르게 소리가 전달된다. 실전화기에서는 실을 통해서 소리가 전달되지만, 우주전화기에서는 용 수철을 통해서 소리가 전달된다. 용수철로 소리가 전달될 때가 실이나 공기를 통해서 소리가 전달되는 것보다 빠르기 때문에 소리가 울리는 것이다. 용수철을 되도록 팽팽하게 한 후 용수철을 손 끝으로 치거나 울리면 굉장한 우주음을 들을 수 있다. 종이컵에 실을 매어 말하던 종이컵전화기처 럼 스페이스 폰을 들고 서로 멀리 떨어져서 팽팽하 게 당긴 상태에서 말하고, 듣게 되면 다른 외계 인의 목소리처럼 다르게 변한 목소리를 들을 수 있습니다.

23. ① ② ③ 율러의 디스크(Euler`s Disk ) 어디서 나는 에너지일까 이 디스크는? 그리고 시시각각 변하는 이 찬란한 빛들은 ? ⑴율러의 디스크: 오목한 거울 원판위에 한번 돌려놓은 ‘율러의 디스 크’는 자력 등의 꾸준한 에너지 공급 없이도 한참 동안을 돌게 되는데, 이는 계속해서 작아지는 무게 중심의 위치에너지를 디스크의 운동에너 지로 전환시켜 에너지를 얻게 된다. 이렇게 한번 돌려놓은 디스크는 보 통 2∼3분 이상을 돌게 되는데 돌면서 큰 소리를 만들어내기도 한다. 디스크의 운동은 회전(spin)과 구름(roll) 인데 디스크의 각운동량과도 연관되어있다. ⑵ 홀로그램 원판: 디스크에 붙일 수 있는 자석식의 원판에는 홀로그 래피를 이 용한 각 무늬들을 볼 수 있는데 이러한 무늬들은 회전을 하 면서 다양하고 아름 다운 모습을 만들어낸다. 홀로그램 원판은 필름이 나 감광 건판 등에 레이저 등 을 이용하여 간섭패턴을 기록한 것이다. 이러한 홀로그램은 2차원 평면상에 3차 원 사진을 기록할 수 있으며 따라서 보는 위치에 따라 다른 모습을 볼 수 있다. 조작 및 활용 1. 디스크를 오목거울 원판에 놓고 회전을 주며 돌려 준다. 이때 홀로그램이 있는 쪽이 위로 오도록 돌린 다. 중심에서 돌게끔 합니다. 2. 다양한 모습을 보여주며 돌아가는 율러의 디스크 3. 맨 마지막에 정지하기 직전의 디스크 판은 더욱 요란한 소리를 내며 돌아가게 되는데 이때 홀로그램 무늬는 가장 화려하고 멋있습니다.

24. 자석 모터 키트(Magnet Motor Kit ) 전동기 원리을 알고 있나요? 코일을 감은 뭉치를 전자석의 원리를 이용하여 자석주위에 놓으면 전동기 처럼 잘 돌게 되지요. 한번 멋있게 돌려 봅시다. ※ 전동기의 원리 1)전동기는 영구자석과 전선 코일로 이루어진 장치를 말하며 영구자석 이 전류가 흐르는 코일을 밀거나 당김으로써 코일이 계속해서 회전하도 록 한 장치이다. 2)그러나 큰 전동기는 영구자석보다는 전자석을 주로 사용한다. 3)전동기는 전기 에너지를 역학적 에너지로 바꾸어 사용하는 것이고 이와 비슷한 것으로 발전기가 있는데 발전기는 먼저 외부의 힘을 자석 을 시켜서 회전시켜서 전선 코일에 전류를 유도하는 것으로 역학적 에 너 지가 전기 에너지로 바뀌는 장치이다. 4)아래 그림은 전동기의 구조를 나타낸 것이다. 이것은 플레밍의 왼손 법칙을 이용하여 설명할 수 있다.

25. 자이로 휠(Light-Up Rail Twirler) 자석축을 가진 플라스틱 휠이 철사 레일을 따라 자 전 하면서 위와 아래로 번갈아 가며 잘 갑니다. 물론 떨어지지 않지요. 회전관성을 알아봅시다. 1)자이로 휠은 레일을 강철로 만들고 플라스틱 바퀴의 중심축에는 강한 자석을 단 과학완구이다. 따라서 플라스틱 바퀴가 아래로 떨어지려고 할 때 바퀴의 중심에 있는 자석이 강철로 된 레일을 강하게 잡아 당겨서 바퀴가 아래로 떨어 지지 않는 것이다. 2)자석은 철을 끌어당기는 힘(자기력)이 있어 바퀴 축이 레일에 붙는다. 움직이려는 물체는 계속 움직이려고 하는데, 정지하려는 물체는 계속 정지하려 는 성질을 가지고 있는데 이것을 관성이라고 하며 바퀴가 회전할 때에는 계속 회전하려는 관성에 의해 레일을 따라 되돌아오게 된다. 3)또한, 자이로 휠의 바퀴 축은 자석으로 되어 있고 이 자석에 의해 철로 된 레 일이 자화되어 서로 붙어 레일을 거꾸로 해도 떨어지지 않고 구를 수 있다. 휠로의 레일을 위, 아래로 천천히 움직여 보세요. 자석 바퀴가 자유자제로 움직인답니다. 휠로우 레일 위헤 자석 바퀴가 있지요 어때요! 떨어질 듯 하면서도 잘 굴러가지요.

26. 자전거 자이로스코프(Bicycle Gyroscope) 회전하는 물체는 그 회전면을 그대로 유지하려는 경향이 있는데 이를 자이로스코프라고 한다. 자전거 바퀴를 이용하여 자이로스코프를 체험해 보자. 자전거 바퀴를 돌린 상태에서 바퀴 축을 잡고 좌우로 회전해 보면 잘 돌아가 지 않으려 는 힘을 느낄 수 있다. 이는 회전관성 때문인데 우리가 회전하는 원반 위에 있다면 자유롭게 움직이게 된다. 땅에 굴린 동전이 넘어지지 않고 계속 직진하거나 팽이를 돌리면 넘어지지 않고 계속 돌아가는 현상이 모두 같은 원리이며 이 원리가 적용된 회전체가 자이로스코프이다. 자이로스코프는 로켓의 관성유도장치의 자이로스코프, 나침반에 이 원리를 응용한 자이로 컴퍼스, 선박의 안전장치로써의 자이로안정기 등 이용범위가 넓다. ① ② ③ (1) <그림1>과 같이 자전거 바퀴를 들고 회전원판 위에 올라섭니다. (2) <그림2>와 같이 바퀴를 다른 사람이 돌리고 난 후 바퀴의 축을 시계방향(우회전 하듯이)으로 돌려 봅니다. 어떤 느낌이 드나요? (3) 이번엔 <그림3>과 같이 반대로(좌회전 하듯이) 바퀴의 축을 돌려 봅니다. 역시 어떤 느낌이 드나요?

27. ① ② ③ ④ 진공실험셋트(Microscale Vacuum Apparatus) 입을 불지 않고 풍선을 불 수 없을까? 가열하지 않고 액체의 끓는 모습을 볼 수 없을까? 진공실험장치를 이용하여 진공상태에서 가능하답니다. 1)보일의 법칙 :용기에 초코파이나 생크림을 넣고 공기를 빼 진공에 가깝게 만들면 용기 안 공기의 압력이 작아지기 때문에 용기 안 공기의 부피는 매우 커진다. 즉, 온도가 일정하다고 가정할 때 기체의 부피는 압력과 반비례한다. 2) 압력과 끓는점 :용기에 물을 넣고 공기를 빼 용기안의 공기압을 작게 하고 알콜램프로 물을 끓이면 100℃ 보다 훨씬 낮은 온도에서 물이 끓는다. 즉, 대기압이 작아지면 액체의 끓는점도 낮아진다. 3) 압력 차에 의한 물질의 이동 :얇은 호수로 연결된 두 용기 중의 한쪽에는 액체를 채워 넣고, 다른 한 쪽에는 아무 것도 넣지 않은 상태에서 공기를 빼면 액체가 공기를 빼고 있는 쪽으로 압력이 같아질 때까지 스스로 이동한다. 즉, 압력이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 움직인다. ① 아래에 깔판을 대고 덮개를 덮고, 힘껏 주사기의 피스톤을 움직여 볼까요. ② 피스톤을 움직일 수록 진공관의 고무풍선이 점점 커지네요 ③ 이번에는 고무풍선대신에 보리차와 플라스틱 스포이트를 넣어보세요. 작은 튜브에서 공기방울이 올라오네요. 이것은 어디서 온 공기방울일까. ④ 이번에는 진공을 없애려고 진공관 위의 레버를 돌려 보면, 스프이트 안으로 액체가 올라가네요.

28. 천둥 소리통 천둥소리와 같이 큰 소리를 낼 수 있을까? 가는 용수철과 기다란 원통 끝에 가죽이 어떻게 큰 소리를 내는지 알아볼까요? 천둥소리통은 가는 용수철 부분의 한 쪽 끝이 가죽에 연결되어 있고, 가죽은 커다란 원통에 연결되어 있다. 용수철에 진동을 일으키면 용수철을 따라 전달된 파동이 북과 같은 재질의 가죽부분을 진동시키게 되고, 이 때 발생한 진동은 원통에 반 사되어 소리가 중첩되므로 커다랗게 울려 퍼지는 것이다. 또한 가죽 의 재질은 파동을 오랫동안 간직하고 있으므로 그 울림이 오랫동안 지속되는 것이다. 가운데가 뚫린 파이프를 향해 말을 하면 멀리서도 잘 들리는데, 이것은 소리가 퍼지지 않고 파이프 안에서만 전달되기 때문이다. 빛이 계란 모양의 동공 안에서빠져 나오지 않고 공명을 일으키는 현상을 '속삭이는 회랑 효과(whispering gallery effect)'라고 부르며 널리 활용되고 있다. 용수철 줄을 흔들거나, 치거나 하면 소리가 어떻게 나는지 들어볼까요. ※ 주의! 지나치게 세게 당기거나 장난치지 마세요.

29. ① ② ③ 탄도차(The Ballastic Car) 관성을 제대로 알고 있는 여러분들은 움직이고 있는 탄도차 안으로 쇠구슬을 골.인시킬 수 있을 거예요! 관성을 배울 수 있는 교구. 1)관성 :물체가 현재의 운동상태를 그대로 유지하려는 성질을 말하며 질량이 클수록 크다. 2) 관성의 법칙 :물체가 받는 힘의 합력이 0 이면, 정지해 있던 물체는 계속 정지해 있고 운동하던 물체는 계속 등속 직선 운동을 한다. 3) 관성의 법칙이 적용되는 예 - 버스가 출발할 때나 정지할 때 몸의 쏠림. - 먼지나 담뱃재를 터는 경우. - 육상선수가 결승선에서 바로 멈추지 않는다. - 망치자루를 세워서 바닥에 쳐서 망치를 깊숙이 박는다. - 엘리베이터가 출발하거나 멈출 때 몸무게가 변하는 느낌이 든다. ① 탄도차의 중앙원통에 사진처럼 쇠구슬을 넣어주세요. ② 사진에서 보는 것처럼 한 손으로는 원통속의 쇠구슬을 세게 눌러 주고, 한 손으로는 장전추를 원통에 난 홈에 넣어주세요. ③ 장전추의 실 끝을 살짝 잡고 탄도차를 적당한 속도로 밀어주면, 탄 도차가 진행하면서 자연스레 장전추는 빠지게 되고, 원통속의 쇠구슬이 위로 슝~튕겨 올라온답니다. 튕겨 올라온 쇠구슬은 어떻게 되었나요?

30. ① ② ③ ④ 탄성 충돌 구(Chrome Balancing Ball) 줄에 매달린 쇠구슬이 가만히 놓았을 때 일직선상에서 접촉되도록 그네처럼 만들어 놓은 완구입니다. 탄성충돌이란 두 물체가 충돌하는 과정에서 에너지 손실이 없는 충돌을 말함.두 물체가 충 돌하면 운동량의 합은 변하지 않지만 운동에너지의 합은 그 에너지 일부가 열 에너지 등 내부에너지로 변환하기 때문에 감소한다. 그러나 표면이 매끄러운 단단한 공끼리의 충돌과 같은 이상적인 충돌의 경우에는 내부에너지로 변환되 면서 이에 따른 에너지 손실 없이 운동에너지의 합이 보존되기도 한다. 충돌이 탄성인가 비탄성인가는 충돌하는 물체들의 재질과 관계가 있다. 강철이나 플라스틱 재질은 거의 탄성충돌이라고 할 수 있고, 찰흙·껌 등과 같은 것은 탄성충돌이 아니다. (완전)탄성충돌을 일으키는 물체를 (완전)탄성체라고 한다. ① 우선 하나의 쇠구슬을 잡아 당겨보세요. ② 한 개의 구슬을 놓으면 반대편의 한 개의 구슬이 튀어 나갑니다. ③ 이제, 두개를 해 볼까요. ④ 두개의 구슬이 와서 부딪치고 나면, 다시 두개의 쇠구슬이 튀어 나가는 것을 볼 수 있지요. ※ 세 개로 하면 어떻게 될까요??

31. 태양 레이저 쇼 (Sun Dancer) 태양빛 아래에서 원판이 돌아가고 이것이 다양한 빛을 내어 레이져 쇼를 보는 듯 합니다. 태양에너지를 이용한 레이져쇼를 감상해 볼 까요? ⊙ 태양전지(solar battery) 태양에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 장치. 전지라고 하지만 건전지 등의 전지와는 다르다. 방송위성뿐만 아니라 휴대용 전자 계산기, 전자 시스템, 옥외 시계, 무인등대, 텔레비전·라디오 중계소 등에 이르기까지 응용 범위가 넓어지고 있다. 인공위성에 태양 전지를 쓰는 것은 우주에는 공기·구름·먼지 등이 없기 때문에 지표에 비해 태양 에너지 양이 훨씬 많아 발전효율이 높기 때문이다. 이 디스크 판에 빛을 쏘이면, 잠시 후에 마구 돌아가지요. 와~ 정말로 빨리 돌아가네. 잘 돌아가는 태양레이저 쇼를 감상해 볼까요. ※ 참고 햇빛이 없다면 할로겐램프를 사용하세요.

32. 편광 필터(polarizing Filter) 두 개의 판을 겹쳤을 때 어떨 때는 뒤의 글자가 보이고, 또 어떨 때는 보이지 않는 것은 왜 그럴까? 편광판의 원리를 알면 쉽게 이해할 수 있지요. 한 개의 판은 빛의 수직의 파장을 통과시키고, 다른 것은 수평의 파장을 통과시킨다고 한다. 이때 서로 평행하게 겹치면 빛이 통과하여 잘 보이고 서로 수직으로 엇갈리게 겹치면 빛이 통과하지 못하여 어둡게 보인다. 편광판의 구성물질은 특정방향으로 나열되어 있다. 따라서 결정축 방향과 평행한 면 안에서 진동하는 횡파만이 편광판을 통과할 수 있다. 종파는 결코 이러한 차이가 생가지 않는다. 횡파의 진동방향과 진행방향으로 정해진 평면이 횡파의 진동면이다. 만약 편광되지 않는 빛을 편광판으로 볼 때 편광판을 돌려 보아도 변함이 없다. 그러나 만약 빛이 편광되어 있을 때 편광판을 돌리면 통과하는 빛이 줄어서 나중에는 완전히 빛이 차단된다. 이상적인 편광판은 편광되지 않는 빛의 50％를 투과한다. 이 때 투과된 빛은 물론 편광된 빛이다.

33. ② ① 편광필터 저금통(Polarizing Toy) 편광필터의 결정축 방향을 서로 수직으로 하면 빛이 차단되는 현상을 이용하여 마치 저금통 중간부분에 막이 형성된 것 같아 보이도록 한 완구 저금통 속에 각각의 편광필터를 원형으로 하여 넣으면 필터가 서로 겹쳐지는 부분은 빛이 차단되어 검게 보이며 마치 막에 의해 차단된 것 같아 보인다. 그러나 이는 편광된 두 빛의 진동방향이 수직을 이 루기 때문에 나타나는 현상일 뿐 실제로 막에 의해 차단되는 아니다. 따라서 플라스틱 공을 떨어뜨리면 공은 저금통의 바닥으로 떨어지게 된다. ① 신기하게도 중간에 막이 만들어진다. 중간의 막이 진짜로 막인지 여부를 공을 떨어뜨려 확인해 본다. ② 공을 저금통 안에 떨어뜨렸더니 막을 통과해 바닥으로 떨어지는 것을 볼 수 있다.

34. 플라즈마 볼(Plasma Ball) 손가락을 대면 번개가 손가락으로 빨려 들어오며 무척 아름다운 무늬를 만들어 냅니다. 플라즈마 볼은 무엇이길래 이런 환상적인 번개를 만들까요? 유리구 모양의 볼 안에 높은 전압의 전기 에너지를 가해줌으로써 전자를 튀어나오게 하며, 튀어나온 전자는 주변의 기체분자와 충돌하여 기체분자의 에너지를 높여준다. 그러면 이 기체는 플라즈마로 변하게 되고 빛을 내게 되는 것이다. 빛이 줄기처럼 뻗어 가는데, 그 줄기는 전자가 지나가면서 기체의 온도를 높인 부분이라고 생각하면 된다. 그런데 이러한 빛줄기가 계속해서 변할 수 있는 것은 내부의 작은 공에서 주는전기에너지는 일정한 것이 아니고, 시간에 따라 매우 빠르게 변화하기 때문이다. 손가락을 대면 그 부분에 더 많은 방전이 보이지요. 손바닥을 대면 더 많이 일어납니다. 와, 어두운데서 보면 더 멋있네네요. ※ 위험! 유리구가 깨지지 않도록 주의하세요.

35. UFO Ball (UFO 볼) 내 몸 속으로 전류가 흐른다고? 정말? 내 몸 속으로 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있는 환상의 UFO볼. 사람의 몸은 수분이 70% 이상 되며 전해질의 피 성분이 많이 있기 때문에 사람의 몸에도 전류가 흐릅니다. 우리가 전기 코드를 잘못 접촉하여 감전이 되는 경우가 그런 것이지요. UFO볼의 단자를 만져서 우리 몸속을 통해 아주 작은 전류가 흐르게 되면 우리는 느끼지 못하지만 틀림없는 전류가 흐르게 됩니다. 따라서 UFO볼이 빛을 발하며 소리도 나게 됩니다. 1. UFO볼에는 2개의 철로 된 단자가 있습니다. 이 단자를 손으로 잡게 되면 손가락을 통해 전류가 흐르게 됩니다. 폐회로가 완성되게 되지요. 이렇게 되면 UFO볼은 내부에 있는 전구에 전원이 공급되면서 빛과 소리가 납니다. 2. 손으로 2개의 단자를 잡고 있는 동안에는 계속해서 불빛과 소리가 납니다. 두 손으로 해도 되고 옆 사람과 손을 마주잡고 해도 됩니다. 두 사람 사이에 전기가 흐른다는 것을 느낄 수 있지요.

36. 조작 및 활용 회오리 저금통 (The Vortx) 경사대가 있고 깔대기 모양의 원통으로 되어 있어 위치에너지가 운동에너지로의 전환이 이루어지며 역학적 에너지 보존법칙을 배울 수 있는 완구이다. 사과나무에서 떨어진 사과는 왜 떨어지는데서 그치지 않고 굴러갈까? 두루마리 화장지가 바닥에 떨어졌을 때 휴지는 왜 굴러가는 것일까? 물체가 낙하하면서 얻는 에너지에 대해 회오리 저금통을 통해서 알아보면, (1)회오리 저금통에 위에 동전을 놓으면 동전은 처음 경사진 면을 타고 내려가면서 에너지를 얻는다. (2)아래로 떨어진 동전의 위치에너지는 운동에너지로 바뀌게 된다. (3)동전이 운동에너지를 갖고 깔대기통을 만나게 되어 소용돌이 운동을 하게 된다. (4)역학적 에너지의 다른 예를 보면, 장대높이뛰기 선수의 경우 멀리서 달려와 높이 뛰기를 하는데, 이것은 운동에너지를 위치에너지로 바꾸기 위함이다. (5)마찬가지로 높은데서 떨어지는 물이 고이는 장소를 만나게 되면 소용돌이를 치며 고이게 되는 것을 보는데, 이 역시 회오리 저금통과 같은 원리가 적용된 것이다. <준비물 > 회오리 저금통, 동전 3~4개 (1) 그림처럼 동전을 아래로 떨어뜨려 보세요. (2) 동전의 움직임은 어떤가요? 또한 동전 빠르기의 변화도 살펴 보세요

37. 사운드 캡쳐 (Sound Capture) 공간에 퍼지는 소리를 한 곳으로 모아 먼 거리의 소리도 가까이에서 들리듯이 뚜렷하게 들을 수 있게 해주는 과학완구. 작은 산새소리를 다 함께 들어 보죠! 소리는 연속되는 잔물결처럼 눈에 보이지 않는 파동으로, 공기나 여러 가지 물체를 통하여 퍼져 나간다. 음원이 공기 중에서 진동하면 주위의 공기도 같이 진동하게 되고 그 진동에 따라 공기가 눌리기도 하고 당겨지기도 하는 것이다. 이에 따라 공기의 밀도가 높은 곳과 낮은 곳이 생기고 이러한 상태가 반복되면서 진동이 퍼져 나가는데 이것을 '음파'라고 한다 소리는 빛과 마찬가지로 반사, 굴절이 일어나므로, 접시 모양의 안테나는 소리의 반사 작용을 이용하여 소리를 한 곳으로 모으게 된다. 또한 접시 모양은 좀 더 많은 소리를 모을 수 있도록 도와준다. . • 사운드 캡쳐(증폭기)는 다양한 용도로 쓸 수 있는 다목적 기구로 새나 다른 야생동물의 관찰하는데 이상적 입니다. • 최대 100피트(약30m)이상 거리에서의 작은 새소리나 사람들의 대화소리 를 감지해 낼 정도로 충분히 파워풀 합니다. • 주파수 조절 나사가 있어 원치않는 배경 소음이나 교통 소음 등을 줄이고 보다 깨끗한 소리를 들으실 수 있습니다.

38. 라디오미터 (RADIOMETER) 유리구 안에 바람개비가 들어있어 열로 인하여 바람개비가 돌아가게 하는 교구이며, 바람개비의 양쪽면이 열을 흡하는 정도가 달라 돌아가게 됩니다. 열빛돌이(RADIOMETER)는 백열등같이 생긴 유리구 안에 바람개비가 들어있어 열로 인하여 바람개비가 돌아가게 하는 교구입니다. 전구와 같은 불을 가까이 가지고 가면 이 바람개비는 돌아갑니다. 그 이유는 바람개비의 한쪽 면은 하얀 색이고, 다른 면은 검은 색이기 때문 입니다. 바람개비의 검은 면이 하얀 면보다 더 많은 에너지를 흡수합니다. 그래서 공기의 분자가 이 검은 면을 때리게 되면 하얀 면을 때릴 때보다. 공기분자가 튕겨 나갈 때 더 많은 에너지를 가지고 나가게 되는 것입니다. 이처럼 검은 면에 부딪힌 분자가 더 빨리 튕겨져 나가면서 바람개비가 돌게 되는 것입니다. 또 바람개비가 돌아가는 가능한 이유는 광압으로 설명할 수 있습니다.

39. NG 금속탐지기 숨어있는 금속을 재미있게 찾아 봅시다. 금속 탐지기는 자기장 교란을 감지해 주변에 금속이 있는지를 알아낼 수 있습니다. 이 장치의 기본적인 원리는 전자기 유도 현상입니다. 이것은 흐르는 전류가 그 주변에 자기장을 만드는 현상, 그리고 변화하는자기장이 전류를 일으키는 현상을 가리킵니다. 금속 탐지기 속에는 일정한 시간마다 전류 방향이 바뀌는 교류전류가 흐르는 코일이 있습니다. 따라서 교류전류가 코일 주변에 만드는 자기장은 전류의 방향이 바뀔 때마다 변합니다. 이 변화하는 자기장 속에 어떤 금속 조각이 들어오면, 이 금속 내부에는 전자기 유도 현상에 의해 전류가 발생하고, 이 전류는 다시 약간의 자기장을 만들어내게 됩니다. 이 작은 자기장 교란은 금속 탐지기 내부의 수신 코일에 전류를 발생시키고, 이 전류를 증폭하면 주변에 금속이 있다는 사실을 확인할 수 있습니다. 볼륨 조절 장치를 ON 쪽으로 돌려 탐지기를 작동시키면, 음악 소리가 납니다. 탐지기 코일을 금속류 가까이에 놓고서, 볼륨 조절 장치를 돌려서 적당한 소리크기로 조절합니다. 탐지기를 공중으로 쳐 들어서, 탐지기 코일이 금속 물체로부터 멀리 떨어지게 하십시오. 음악 소리가 거의 안 날 때까지 탐지 강도 조절 장치를 돌려서 탐지 강도를 조절하십시오. 가장 강한 탐지 감도로 맞추려면, 음악 소리가 안 들릴 때까지 탐지 강도 조절 나사를 돌리십시오. 이제, 탐지 코일을 바닥에서 수평으로 유지하고, 바닥에서부터 약2cm정도의 거리를 두고, 금속 탐지기를 천천히 움직입니다. 만일, 빨리 움직이면, 물체를 인식 못할 수 있습니다. NG7020 금속 탐지기가 금속 물체를 발견하면, 음악 소리와 함께 LED 라이트가 번쩍입니다. 병뚜껑, 금속 부속품들, 포일랩 등 많은 금속 물질을 발견하게 될 것입니다.

40. 아스트로젝스(Astrojax_Saturn) 아스트로젝스는 기본적 과학원리를 다양하게 보여주는 놀라운 토이입니다. 회전궤도(자전+공전)수평궤도 회전상태에서는 외부의 볼이 가운데 볼을 회전합니다. 그러나 지구와 달의 자전운동처럼 각각의 볼은 공전과 자전을 동시에 합니다. 수직궤도 회전상태 에서는 완벽한 원모양으로 회전합니다. 회전역학 금속의 무게는 가운데 볼에 집중되어 가운데 볼이 더욱 빨리 회전하게 합니다.(마치 피겨스케이트선수가 빠른 회전을 위해 양팔을 사용하는 것과 비슷합니다.) 가운데 볼이 빠르게 회전하기 때문에, 연결선은 가운데 볼ㅇ[ 엉키지 않습니다. 마찰수평궤도 회전 중에는 가운데 볼이 연결선으로 미끄러지지 않아서, 마찰로 인한 에너지 손실은 없습니다. 이것은 수평궤도 회전상태에서 손의 탄력 없이도 회전상태를 유지할 수 있는 이유입니다. 그러나, 수직궤도 회전 중에는 가운데 볼이 위아래로 미끄러집니다.(유심히 들어보면, 미끄러지는 소리를 들을 수 있습니다.) 그래서 마찰로 인해 에너지 손실이 일어납니다. 잃어버린 에너지 만큼 손에 탄력을 주어야만 계속 안정된 회전을 유지할 수 있습니다. 원심력수직궤도 회전이 가속될수록, 끝에 있는 볼은 점점 수평을 이루게 됩니다. 연결선이 수평이 될수록, 끝의 볼에 안쪽을 향해 힘을 발휘합니다.

41. 빌리보(Bilibo) ①

42. 빌리보(Bilibo) ②

43. 빌리보(Bilibo) ③

44. 조명 별자리본 (사계절) 밤하늘에 떠 있는 별자리를 당신의 곁으로 옮겨 놓으시기 바랍니다. ① 봄철 별자리 ② 여름철 별자리 ③ 가을철 별자리 ① 봄철 별자리- 사자자리, 작은 사자자리, 살쾡이자리, 목동자리, 왕관자리, 사냥개자리, 처녀자리,까마귀자리, 머리털자리, 천칭자리, 바다뱀자리, 육분의자리, 컵자리 ④ 겨울철 별자리 ② 여름철 별자리- 거문고자리, 독수리자리, 백조자리, 화살자리, 여우자리, 방패자리, 돌고래자리, 헤르쿨레스자리, 전갈자리, 뱀주인자리, 뱀자리, 궁수자리 ③ 가을철 별자리- 페가수스자리, 안드로메다자리, 페르세우스자리, 도마뱀자리, 삼각형자리, 양자리, 물고기자리, 조랑말 자리, 남쪽 물고기자리, 물병자리, 염소자리, 고래자리 ④ 겨울철 별자리- 오리온자리, 큰개자리, 작은개자리, 토끼자리, 에리다누스자리, 황소자리, 쌍둥이자리, 외뿔소자리, 마차부자리, 게자리

45. 공중부양지구본 (메탈릭실버, 실버 베이스) ① 신비롭게 떠 있는 지구본을 체험해 보십시요.

46. 공중부양지구본 (메탈릭실버, 실버 베이스) ②

47. ① ② ③ 공중부양 지구본 자기부상의 원리로 마치 지구가 우주에 떠서 돌듯이 지구본이 떠서 돌아가도록 만든 완구 자기부양지구본은 자석의 N극과 S극 사이에 작용하는 끌어당기는 힘(인력)과 N극과 N극, S극과 S극 사이에 작용하는 밀어내는 힘(척력)을 이용하여 허공의 적당한 위치에서 그 힘의 균형을 유지하는 원리를 이용하여 공중에 지구본을 띄우게 된다. 공중에 떠 있는 지구본에 작용하는 힘은 지구본의 무게(중력)와 자기력이다. 자기력(磁氣力)은 자력(磁力)이라고도 한다. 종류가 다른 극(N극과 S극) 사이에는 인력이 작용하고, 같은 종류의 극(N극과 N극,S극과 S극) 사이에는 척력(斥力)이 작용하는데, 정지해 있는 두 점자하(點磁荷) 사이에 작용하는 힘은 그 자하의 곱에 비례하고, 자하 사이의 거리에 반비례한다. 이 힘의 본질에 관해서는 만유인력과 마찬가지로 옛날부터 두 자극이 공간을 사이에 두고 서로 작용을 미치는 원거리 힘으로 간주되어 왔으나, 현재는 자극의 존재가 주위의 공간을 일그러지게 하고, 그 상태가 유한한 속도로 주위의 공간에 전해져서 다른 자극에 힘을 미치는 근거리 힘으로 여겨지고 있다. 1. 먼저, 받침대 밑부분 뒤에 전원(220V)을 연결한 후 전기 스위치를 켜고 지구본을 프레임상단 에 붙입니다. 2. 양손으로 지구본을 가볍게 아래로 천천히 내리면 무중력상태를 느끼게 됩니다. 이때, 아주 약간 위로 올린 상태에서 조심스럽게 손을 놓습니다. 3. 손을 놓아도 지구본이 떨어지지 않습니다.

48. 플립플랩 (Flip Flap) ①

49. 플립플랩(Flip Flap) ②

50. Dream light show ①