작용과 반작용의 법칙 실험3가지

내일은 실험왕 2 - 힘의 대결 ㅣ 내일은 실험왕 2
곰돌이 co. 지음, 홍종현 그림, 박완규.(주)사이언피아 감수 / 미래엔아이세움 / 2007년 1월

[p. 134]

로켓이 가스를 아래로 분사하면서 위로 발사되는 현상은 작용 반작용의 법칙으로 쉽게 설명할 수 있다.  간단한 실험 기구들로 작용 반작용의 법칙과 로켓 발사의 원리를 직접 체험하고 이해하는 실험을 해 볼 수 있다.  

풍선로켓으로 알아본 작용 반작용의 법칙 

[실험 1]

준비물:   식초, 고무풍선, 탄산수소나트륨, 플라스틱병
 

*잊지말것- 여기에서 실험은 미리 풍선을 불어 병에다 가져다 대야한다.





식초와 탄산수소나트륨이 만나면 이산화탄소가 생긴다.  풍선 속의 탄산수소나트륨이 플라스크 안의 식초와 만나면 거품이 일고 풍선이 점점 부푼후 하늘로 솟아오르게 된다. 

왜 그럴까?

식초와 탄산수소나트륨이 만나면 반응해서 이산화탄소가 생긴다.  풍선은 이산화탄소에 의해 크게 부풀어 오르고 그 압력 때문에 주동이가 병에서 빠지게 되며 그 순간, 이산화탄소가 뿜어져 나오는 작용의 힘에 대한 반작용으로 풍선은 공주으로 솟아오르는 것이다.  작용 반작용의 법칙은 실제 로켓에서도 가장 중요한 원리이다.  로켓의 연료인 각종 추진제들이 타면서 생긴 가스가 힘차게 뿜어져 나오면서  그 반작용으로 로켓이 날아오르게 되는 것이다. 
 

이 외에도 보트나 자동차가 출발, 사람이 걸어갈 때, 화살이나 총을 쏠 때 등 우리 주변에서 작용 반작용의 법칙을 쉽게 찾아볼 수 있다.    
 

[실험2 ] 주사기총 만들기

주사기 총을 만들어 작용과 반작용 실험을 해보자.



준비물: 주사기, 나무막대, 숟가락, 스포이드, 시트르산, 탄산수소나트륨, 찰흙, 거즈, 비이커, 물, 플라스틱 컵뚜껑, 핀셋

실험 과정

1. 주사기의 뒷 부분을 뽑아 둔다.

2. 주사기에 플라스틱 컵뚜껑을 끼운다.

3. 주사기 앞끝 부분을 찰흙으로 막아준다.

4. 거즈에 시트르산 반숟갈을 얹고 주머니처럼 싸맨다.

5. 시트르산 거즈 뭉치를 주사기 속에 핀셋을 이용하여 밀어 넣는다.  

6. 비커에 물 10ml를 넣고 탄산수소나트륨 한 숟갈을 넣는다.  그리고 나무 막대를 이용해 잘 저어준다.

7. 탄산수소 나트륨을 섞은 물을 스포이드를 이용해 주사기에 1.5ml를 넣어준다.

8. 재빨리 주사기 뒷부분을 끼워 사람이 없는 곳을 겨누면~  뻥하는 소리와 함께 주사기 뒷부분이 날아간다.  

 

[실험3 ] 알코올 권총 만들기

압전기(압전세라믹)을 필름통에 장치하여 멋진 권총을 만들어 보고 작용 반작용에 대하여 알아보자.

준비물: 필름통 , 압전기, 나사못, 전선 약간, 전기테이프  

알콜은 끓는점이 낮아서 쉽게 증발합니다. 필름통에 알콜을 두방울을 넣고 뚜껑을 닫으면 금세 알콜이 기화해서 기체가 됩니다. 그때 스파크를(필름통을 흔드는 것)주면 스파크로인해 알콜이 폭팔하게 되고 그압력으로 필름뚜껑이 멀리 나아가게 됩니다.
(기화란 액체가 기체로 바뀌는것) 끓는점이 낮다는말은 낮은 온도에서도 쉽게 끓어서 증발한다는 말입니다.

알콜의 인화점은 12도. 스파크가 날 때 온도가 12도 이상이니 바로 폭팔하는 것이예요. (인화점은 불이 옮겨붙는 온도)
 

1. 필름통의 뒷부분쯤에 나사 두 개를 양쪽으로 박아 넣습니다.
2. 압전세라믹 몸체에 달려있는 전선의 피복을 벗겨 한쪽 나사에 연결합니다.
3. 들어있는 전선을 한 가닥 떼어내어 양쪽의 피복을 벗깁니다.(넉넉하게 벗깁니다.)
4. 3의 전선을 한쪽은 나사에, 다른 한쪽은 압전세라믹의 금속 부분에 감아 연결 시킵니다.
5.연결된 모든 부위를 절연테이프로 잘 감아 감전이 일어나지 않도록 합니다.
6.압전세라믹의 단추를 눌러보아 나사 사이에 스파크가 일어나는지 확인합니다.
7.필름통의 입구에 알콜1방울만 넣고 필름통 뚜껑으로 입구를 막고 세게 흔들어 줍니다. 표적을 조준하고 압전세라믹의 단추를 누릅니다.

(소리가 아주 커서 깜짝 놀란답니다.  주의할점은 사람이 없는 곳으로 발사해야된다는 것입니다)  

먹이 사슬 피라미드 만들기

살아 있는 지구 ㅣ 산하 지식의 숲 3
바바라 테일러.폴 베넷 지음, 김인숙 옮김, 유병선 감수 / 산하 / 2008년 3월

4학년 2학기에 아이들은 동물의 생김새와 동물의 암수에 대해서 과학시간에 배우게 됩니다.


그리고 5학년 2학기에 환경과 생물에 대해서 배우지요. 

<환경, 생물>

포식자와  먹이에 대해 우리는 먹이사슬 상관 관계를 공부하며 깨우치게 됩니다. 

어렵게 이해하지 않아도 이 책의 사진과 함께 읽는다면 생생하게 먹이 사슬의 관계에 대해 쉽게 아이와 이야기할 수 있어 이 책은 너무 안성맞춤입니다.

p28~p29에 나온 먹이 사슬 그림을 이용하여 오늘은 아이와 함께 간단한 [먹이 사슬 피라미드]을 만들어 보았습니다.

완성된 먹이 피라미드 (양면테이프가 포스트잇처럼 쉽게 떼고 붙여져서 반복적으로 여러가지로 해 볼 수 있겠어요. 

[준비물]

골판지 1장, 양면 테이프, 먹이사슬 내용 그림, 자, 칼, 가위, 펜

1. 골판지를 위와 같이 자로 재로 재서 정확하게 그린후 가위로 옆면을 남기고 양면 테이프를 이용하여 사각뿔을 만듭니다. 

(아이는 가로, 세로 각각 12cm, 높이 13cm로  사각뿔로 만들었습니다.) 

2.  p28~29에 있는 먹이 사슬 그림을 위와 같이 준비해서 자신이 오리고 싶은 모양대로
오린 후 양면 테이프를 이용해 붙여줍니다.

토네이도를 만들어보자

기후야, 괜찮아? ㅣ 풀과바람 지식나무 11
김남길 지음, 강효숙 그림 / 풀과바람(영교출판) / 2008년 3월

회오리 바람은 그렇게 무서운 바람의 이름 같지 않지요?  그러면 토네이도라고 들어보셨나요?

영화도 있었지요.  아주 크게 발생한 토네이도는 인간에게 있어 엄청난 괴력을 무서운 재앙이예요.

이 책과 함께 회오리바람, 토네이도에 대한 공부를 하고, 직접 실험해 볼 수 있었습니다.

토네이도를 만들어보기 

준비물 - 폐트병2개, 페트병 뚜껑1개, 절연테이프, 송곳, 칼, 가위, 물 

실험과정 

1.  폐트병 뚜껑의 중심에 송곳으로 구멍을 뚫은 후 구멍을 중심으로 1cm길이로 칼집을 낸다.  그 구멍을 중심으로 가위를

이용해 구멍을 크게 낸다.

2.  폐트병 1개에 물을 3/2(또는 2/1)채운 후 뚜껑을 닫고서 다른 페트병과 연결되도록 절연테이프로 꼼꼼히 잘 감아준다.

3.  폐트병을 뒤집어서 좌우로 잘 흔들어준 후  결과를 관찰한다.

실험결과

물에서 용오름이 일어나면서 토네이도 모양이 생겨났다.  

용오름이란 무엇일까요?  책속에서 찾아봐요

 

P28

회오리바람: 원래 바람은 눈에 보이지 않으나 맨눈으로 관찰할 수 있는 바람도 있어요.  바로 회오리바람이지요.

회오리바람은 먼지를 일으키며 회전하기 때문에 금세 눈에 뛴답니다.

하늘과 땅 사이에서 온도 차이가 많이 나는 공기가 갑자기 충돌하면 아래쪽의 더운 바람이 위쪽으로 솟구쳐 오릅니다.

그 때, 바람이 뺑뺑이를 돌며 회오리를 일으키지요. 

P29

미국에서는 해마다 500여 개나 되는 회오리 바람이 일어납니다. 그 중에서 강력한 회오리바람은 집과 자동차들을 날려 버리고 주변을 쑥대밥으로 만들어 버리지요.  이 거대한 회오리바람을 '토네이도'라고 해요.
 



1. 토네이도는 주로 5월에 많이 발생 - 이 시기에는 폭풍우의 영향으로 하늘과 지상의 온도차이가 심해져요.  게다가 드넓은 대평원은 토네이도가 활동하기 딱 좋은 조건.

2. 토네이도가 크게 발생할 때 중심의 회전 속도 - 초당 100미터

3. 실제 이야기 -1931년, 미국의 미네소타에서 발생한 토네이도는 승객 119명을 태운 83톤짜리 객차를 풍선처럼 날려 버렸다고 한다.    
 


용오름이란? 회오리바람은 물위에서도 만들어지는데 이름 용오름이라고 합니다.  물과 물고기가 이 회오리바람 속으로 빨려들어가 물은 소나기처럼 뿌려지고 물고기는 땅바닥으로 떨어지게 됩니다.  p. 29

옛날 이야기에 등장하는 하늘에서 내리는 물고기비의 비밀이었네요~

간단한 실험이지만 강력한 회오리 바람인 토이네도에 대한 이해를 개구장이들이 계속 가지고 놀며, 과학의 신기함을 체험하며 아주 재미있게 했던 실험이었습니다.

발상의 전환을 맛보자

창의적 문제 해결력을 키워라 - 영재 교육의 필수
밥 스테니쉬.밥 에이벌 지음, 전경원 외 옮김 / 대교출판 / 2008년 2월

많은 교육서가 쏟아지고, 교재이름이나 혹은 책에 창의적인 영재란 수식어가 들어있는 책들을 만나볼 수 있었다.  그것들은 어쩌면 우리 아이가 힘든 1%에 들어가는 길이 아닌가 해서 늘 눈길을 끌었다.

 

아이가 어릴 적 어느 날, 우연히 받게한 아이의 IQ가 높게 나오자 뻥튀기 기구에서 "뻥"하고 고막을 울리는 소리처럼 가슴속에서 화들짝 놀란 신호탄이 울렸드랬다.  워낙 느린 아이이기에 참고 기다리지 못할 때도 많았고, 저 아이가 정말 지능지수가 높게 나온 아이가 맞는지 사실 의구심을 가진 적도 한 두번이 아니었었다.  하지만, 머릿 속에 움켜진 한 자락의 끄나풀. 나름대로 공식적인(?)데이타로 나온 종이 한 장. 바싹 마른 장작처럼 쉬이 타오르는 내 성질을 그나마 죽이며 아이를 곁에서 지켜보았고, 아이는 공식적인(?)영재로 인정받을만하게 덜컥 대학영재교육원에 입학할 수 있었다. 

 

사설이 이토록 긴 까닭은 창의적 문제 해결력을 키워라 이 책을 만나기 전에는 완성된 책자가 없이 이 책 저 책을 찾아 헤맸기 때문이다. 얼마 전 한 출판사에서 나온 책도 아주 도움이 많이 되는 책이라 좋아었지만, 이 책의 워크 시트를 보며 참으로 감탄의 감탄을 하였다.  사교육에 아이를 내맡기지 않더라도 이렇게 창의적인 문제들을 만나며 아이의 생각과 마음이 함께 자라는 것이 더욱 클 것이 자명하였기 때문이다. 

 

재미있는 사실은 전문학원에 다니지 않는 아이들의 공통점은 다듬어지지 않은 글을 쓰지만, 기발하고 재미있는 아이디어를 가진 경우가 많다는 것이다.  아이의 영재교육원 입학날 경기북과학고 교장선생님의 강의에서 아이들은 누구나 영재라고 하시던 말씀이 생각났다.  정말 아이들은 지켜봐주고, 함께 활동하는 활동들을 해보면 너나 나나 할 것 없이 뛰어나게 잘하는 영재성의 중요 몇 가지중 한 두가지를 다 가지고 있는 것이었다.  유창성, 독창적인 사고, 늘 '왜?' 라고 생각하는 궁금증, 과제 집착력 등등 말이다.

 

이 책에 있는 과정만으로도 형식적인 창의적 문제 해결 과정을 숙달할 수 있다고 한다.  그러나 모든 활동은 반드시 복습을 해야만 한다고 한다. 브레인스토밍 활동은 정말 아주 멋지고 더 완성할 필요가 있다고 생각했다.   

 

지난번 발명품 대회를 아이들이 출전하기 전에 아이디어를 쓸 때, 의외의 일을 지켜볼 수 있었다.  어떤 물품이라도 좋으니 예를 들어 재활용 용품이라면 사물 한 가지를 두고 아이디어를 서로 낼 때 활발하게 진행될 수 있었다. 아이들 각자 혼자서 할 때는 많이 힘들어 한다. 허나, 여러 아이들이 주거니 받거니 아이디어를 내니, 가끔 황당한 아이디어에 웃음바다가 수시로 되었지만 아이들은 그 시간 자체를 즐기고 행복해하는 것을 보니 너무 좋았던 것이다.  

 

이 책을 전반적으로 읽어보고, 아이들과 몇 가지 활동을 하고 난 뒤 잊지 않으려고 한다.  모든 아동이 각자의 모든 잠재성을 발휘하도록 성장하는 것은 학부모와 교사 모두의 소망이다.  사회적인 그리고 학문적인 성장 속도에 맞게 어린이들을 안내하는 것이 우리의 사명인 것이라고 이 책이 이야기 하는 것을 말이다. 심리학자 매슬로우가 말한 "인간이 할 수 있는 것은, 반드시 해야 한다." 계속 포기하지 않고, 할 수 있는 것은 해야겠지? 

지구형,목성형 행성 밀도로 알아보기

우주 이야기 ㅣ 엄마가 콕콕! 짚어 주는 과학 5
장수하늘소 지음, 김미경 그림 / 해솔 / 2008년 2월

태양에서 행성까지의 거리를 알 수 있도록 준비된 태양계 전개도를 이용하여 거리를 비교해보고, 밀도와 질량에 대해 생각해보는 실험을 해 보았습니다.

 

p82  태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 있어. 이 별들은 같은 태양계에 있지만 각각 다른 성질을 가졌지.  지구와 비슷한 성질을 가진 별을 지구형 행성이라고 불러.  수성, 금성, 지구, 화성이 지구형 행성이야.    

지구형 행성 - 크기는 작지만 무거운 성분으로 이루어져 있어 밀도가 크다.

              (수성, 금성, 지구, 화성) 
 

목성형 행성 - 크기는 크지만, 가벼운 기체로 이루어져 있어 밀도가 작다.

              (목성, 토성, 천왕성,  해왕성)
 

행성? 태양 주위를 돌며 스스로 빛을 내지 못하고 태양 빛을 반사하여 빛나는 천체

밀도? 단위 부피당 질량 

준비물 

(작고, 중간크기, 큰)스티로폼 공 8개, 작은 너트 4개, 큰 너트 4개, 짧은 할핀 4개, 할핀 4개, 수조, 물, 행성 스티커


(택배박스를 이용해서 태양 전개를 붙인후 철사를 이용해 입체 태양계도 만들 수 있어요. 도전해 보세요) 

실험 순서
 

1. 작은 스티로폼 공에 화성, 수성, 지구, 금성 행성 스티커를, 중간 크기 큰 스티로폼 공에 천왕성, 해왕성, 큰 스티로폼 공 목성, 토성 스티커를 붙인다.
 

2. 작은 스티로폼 공에는 짧은 할핀으로 작은 너트를 고정시키고, 큰 스티로폼 공에도 각각 할핀으로 너트를 고정시킨다.
 

3. 수평자를 이용해서 큰 스티로폼 공과 작은 스티로폼 공의 무게를 비교해본다.

 
 

4. 수조에 물을 3분의 2정도 채운 후 작은 행성과 큰 행성 모두 넣어본다.  
 

 

실험 결과 

1. 물에 수성, 금성, 지구, 화성 모형을 각각 넣으면 물에 모두 가라 앉는다.  이것은 스티로폼 공의 크기에 비해 너트의 질량이 커서 수성, 금성, 지구, 화성 모형의 밀도가 물의 밀도보다 크기 때문이다.  

2. 물에 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 모형을 각각 넣으면 물에 모두 뜬다.  이것은 스티로폼 공의 크기에 비해 너트의 질량이 작아서 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 모형의 밀도가 물의 밀도보다 작기 때문이다.
 



 (또다른 활동 - 스티로폼 공에 지점토를 얇게 입혀 말린후 물감으로 채색해서 행성을 만들어볼 수도 있어요) 

우주 이야기는 구어체이기 때문에 아이들이 재미있고, 쉽게 우주에 대해 호기심을 충족시킬 수 있는 책이었습니다.