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무게중심을 잡아라!

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2017년 09월 13일 14:00 프린트하기

“이야아압~!”


섭섭박사님이 곧게 세운 펜에서 손을 뗀 순간, 교실엔 정적이 흘렀어요. 하지만 펜은 한쪽으로 서서히 기울더니 이내 쓰러지고 말았지요. 그때 펜 세우기 대결의 승자가 풀이죽은 섭섭박사님에게 귓속말로 놀리듯 이렇게 말했답니다.


“무게중심부터 공부해 오시죠~. 낄낄~.”


도대체 무게중심과 펜 세우기는 무슨 관련이 있는 걸까요?

 

어린이과학동아 제공
어린이과학동아 제공

섭섭박사의 힌트

균형을 잡는 비결, 무게중심!


지구에 있는 모든 물체는 중력의 영향을 받아서 지표면을 향해 힘을 받고 있어요. 어떤 물체는 중력 때문에 쓰러지기도 하지만, 반대로 어떤 물체는 꼿꼿이 잘 서 있지요. 이처럼 균형을 잡고 서 있을 수 있는 건 바로 ‘무게중심’을 잘 유지했기 때문이랍니다.

 


힌트 하나. 무게중심을 찾아라!


모든 물체에는 ‘무게중심’이 있어요. 무게중심은 물체의 각 부분에 작용하는 중력들이 모아지는 작용점이랍니다. 다시 말해 물체의 무게가 어느 쪽으로도 치우치지 않고 공평하게 나눠지는 지점이지요. 예를 들어 한 손가락으로 책을 받치고 있다면 손가락으로 짚은 그 지점이 무게중심이랍니다.


무게중심은 보통 물체의 가운데에 있어요. 특히 동그란 원이나 정삼각형 같이 모양이 일정한 도형에는 정중앙에 무게중심이 있지요. 도형뿐만 아니라 모든 물체에서 단 하나의 무게중심을 찾을 수 있답니다.

 

GIB 제공
GIB 제공

힌트 둘. 무게중심은 움직인다!


물체의 모양이나 무게가 변하면 무게중심의 위치는 바뀔 수 있어요. 이건 비행기나 배에 특히 중요해요. 화물을 실을 때 무게중심이 한 쪽으로 쏠리면 가라앉을 수 있기 때문이지요.


오리가 머리를 앞뒤로 흔들며 걷는 것도 무게중심 때문이에요. 오리가 머리를 앞으로 내밀면 무게중심도 앞으로 이동해요. 그런데 무게중심이 계속 오리의 앞쪽에 있으면 앞으로 고꾸라질 수 있어요. 그래서 뒤쪽에 있던 몸을 앞으로 움직여 무게중심이 다시 몸 가운데에 있도록 하지요. 그 결과 머리를 앞뒤로 흔들며 걷게 된답니다.

 

GIB 제공
GIB 제공

실험 방법

무게중심을 찾아 보자!

※ 실험할 때는 꼭 보호 장비를 착용하고, 안전에 유의하세요!


<어린이과학동아>의 독자들이 물체의 무게중심을 찾고 싶은 섭섭박사님을 위해 여러 가지 아이디어를 보내 주었어요. 블로그와 홈페이지에 올라온 다양한 방법 중 몇 개를 뽑아서 직접 실험해 보았지요. 섭섭박사님은 무게중심을 잘 찾아서 펜을 세울 수 있을까요?

 


실험 방법 하나. 삐뚤빼뚤~, 그림의 무게중심은 어떻게 찾을까?

제안 독자 : 김미라, 김지은

 

어린이과학동아 제공
어린이과학동아 제공

준비물 : 캐릭터 그림 또는 그리기 도구, 두꺼운 종이, 가위, 핀, 실, 자, 연필
➊ 두꺼운 종이에 그림을 붙이거나 그려서 오린다.
➋ 그림의 한쪽 끝에 핀을 꽂고 실을 매단 뒤, 늘어진 실을 따라 연필로 선을 긋는다.
➌ 다른 한쪽 끝에 핀을 꽂고 ②의 과정을 반복한다.
➍ 연필이나 손가락으로 두 개의 선이 만나는 점에 대고 그림을 받친다.

 

 


원리

무게중심을 영어로 하면 ‘center of gravity’, 즉 중력이 모이는 지점이다. 그래서 물체의 여러 지점에서 중력이 어느 방향으로 쏠리고 있는지 알면 무게중심
을 찾을 수 있다.


이 실험에서는 실의 방향이 곧 중력의 방향이 된다. 실은 중력에 의해 바닥으로 떨어지기 때문이다. 그래서 두 개 이상의 지점에서 실을 늘어뜨려 선을 그으면 이 선들이 겹치는 곳이 중력이 모이는 점, 즉 무게중심이 된다.

 


실험 방법 둘. 비탈길을 거꾸로 올라가는 바퀴의 비밀!

제안 독자 : 김형석, 조석재

 

어린이과학동아 제공
어린이과학동아 제공

준비물 : 두꺼운 종이(4절지), 연필, 자, 칼, 풀, 투명 테이프
➊ 두꺼운 종이에 전개도를 그린다.
➋ 전개도를 오려 붙여서 2개의 원뿔과 받침대를 만든다.
➌ 2개의 원뿔은 밑면을 맞붙여서 바퀴를 만든다.
➍ 받침대의 좁은 부분에 바퀴를 올려놓고, 거꾸로 올라가는 것처럼 되고, 바퀴를 관찰한다.

 

 


원리

무게중심이 바닥에 가까울수록 물체는 쓰러지지 않고 균형을 잘 유지할 수 있다. 무게중심이 높이 있어 불안정한 물체는 떨어지거나 구르게 되고, 결국 무게중심이 바닥에 최대한 가까워졌을 때 멈추게 된다. 이 실험에서 바퀴의 무게중심은 원뿔 두 개가 마주 붙은 면 가운데에 있다. 그래서 출발 지점에서는 무게중심이 바닥에 붙어 있지 않다(아래 그림). 이 때문에 바퀴는 무게중심이 받침대에 더 가까워지는 방향으로 이동하게 된다.

 

어린이과학동아 제공
어린이과학동아 제공

다음 실험 미션

종이와 달걀로 무거운 선반을 받쳐라!


가을날 저녁, 섭섭박사님이 재밌는 어과동을 읽고 있었어요. 그 순간, 방안에서 이상한 기운이 느껴졌어요! 소중한 로봇과 나노 블록을 올려놓은 선반이 천천히 앞으로 기울고 있는 거예요. 섭섭박사님이 당장 구할 수 있는 건 얇은 종이와 달걀뿐! 이걸로 선반을 받칠 할 수 있을까요? 다양한 방법을 어린이과학동아 홈페이지(kids.dongascience.com)에 올려 섭섭박사님을 도와 주세요.

 

어린이과학동아 제공
어린이과학동아 제공
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