education 엔지노에듀게이션은과학적탐구정신과호기심이많은아이들을위해개발된기계과학시리즈입니다. 지레, 기어, 바퀴와축, 경사면과쐐기, 도르래, 캠과크랭크, 나사 8 개핵심주제를기존과학수업과차별된흥미롭고재미있는방법으로다루고있습니다. 엔지노블록으로완성한기계모델로주변사물에대한과학적호기심을키워보세요. 기중기다리만들기 기중기다리를만들어보고다른물건을들어보세요. 어떻게도르래가무거운물건을쉽게들수있는지살펴보고, 실제기중기와다른점을찾아보세요. 어떻게도르래는무거운물건을들까? 기중기는어떻게움직일까? 건설용기중기만들기 이놀라운건설기중기는도르래가사용된다른예입니다. 실험을통해어떻게힘이이동되는지살펴보고, 어떤기계적장점들이있는지알아보세요. pulleys 도르래가어떻게적은저항으로힘을전달하는지, 그리고어떻게힘과속력을더해주는지에대해배워봅시다. 실내자전거, 건설용기중기, 기중기다리, 이동식기중기, 인양장치, 풍차, 분쇄기등총 7가지의모형을직접만들어봅시다. 도르래에대해서 도르래는간단한기계에속한답니다. 바퀴가발견된후에만들어졌고, 많은문제들을해결했지요. 도르래는수천년간사용되었고, 지금도복잡한기계들의중요한부분입니다. 도르래는단순해보이지만, 그단순함이야말로도르래의매력이죠. 자그럼놀랍고도신비로운도르래와기계과학의세계로여행을떠나볼까요? 어떻게힘이전달될까? 도르래의기계적장점은? 풍차만들기 풍차를만든후, 도르래가힘의전달뿐아니라속도까지변화시킬수있는지살펴봅시다. 그리고어떻게직선운동이벨트전동을통해회전운동으로바뀌는지배워보세요. 벨트전동이란? 그사용법은? 어떻게직선운동이회전운동으로변할까? 실내자전거만들기 실내자전거를만들어보고, 어떻게기계장치들이같이작동하는지배워봅시다. 실험을통해힘과속력의관계도알아봅시다. 어떻게장치들이같이작동할까? 힘과속력의관계는? Engino.net Ltd P.O. Box 71040, 3840, Limassol Cyprus, European Union Tel.: +357 581960 Fax: +357 581961 Email: info@engino.com eb: www.engino.com Copyright 010 Engino.net Ltd. All Rights Reserved
01 page 무엇을배울까요? 엔지노친구들과함께도르래의세계로멋진여행을떠나봅시다. 0 page 도르래의역사 먼옛날부터오늘날까지사용되는도르래의역사에대해공부해봅시다. 03 page 도르래란무엇일까요? 기중기를직접만들어보고, 도르래가어떤것인지, 어떻게물건을들수있는지살펴봅시다. Engino Education is proud to present its brand new series of Mechanical Science, specifically designed for children who question everything around them and want to do something about it! The series deals with 8 core subjects of Mechanics: Levers, Linkages, Gears, heels & Axles, Inclined Planes & edges, Pulleys, Cams & Cranks and Screws in a fascinating and enjoyable way, which is nothing like the usual science labs in schools, where students hardly get the chance to learn by doing. about The set includes, besides the necessary ENGINO parts and building instruction manual, a 36-page with innovative experiments and detailed explanation of the different technological principles applied. Kids will learn all about Mechanics as the let contains activities, interesting facts about a variety of subjects, as well as exercises and quizzes at the end of each experiment that challenge children s knowledge and creativity. 07 page 13 page 19 page 4 page 8 page 31 page 도르래의종류 슈퍼맨처럼무거운물건을들려면어떻게해야할지생각해봅시다. 멋진복합도르래를만들어보고, 도르래의종류에관해알아봅시다. 도르래의이용법 실내용자전거와네덜란드의풍차를직접만들어보고, 도르래의다양한사용법에대해알아봅시다. 도르래를이용한속도조절 기중기다리를직접만들어보고, 어떻게도르래의속도를조절할수있는지알아봅시다. 퀴즈시간 이전실험을통해서얻은지식을이용하여모든문제들을풀도록노력해보세요. 정답과해설 각각의실험에대한해설을보고여러분의답이맞았는지확인하세요. 내점수는요! 퀴즈와연습문제를푸느라대단히수고하셨습니다. The Content is being used for illustrative purposes only and any person depicted in the Content is a model. Some models shown are not included in this set. They can be made from other ENGINO sets. Details at www.engino.com contents
pulleys 안녕하세요. 제이름은아르키메데스입니다. 재미있는기계과학지식을위해제가지금부터함께할것입니다. 당신의이름은무엇인가요? 무엇을배울까요? 오늘날우리주변에는다양한기계들과기계구조들이존재하고있습니다. 이모든기계들은일을하기위해서힘을필요로합니다. 그렇다면어떻게힘을기계의한부분에서다른부분으로전달을하고, 또어떻게조절할수있을까요? 정답은바로도르래입니다. 도르래는움직임을전달하고그방향을바꿀수있는기계구조의중요한일부분입니다. 엔지노교육이개발한기계과학도르래편의쉬운실험과연습을통해실생활에서이용되는도르래에관하여자가학습을할수있습니다. 도르래의역사 무거운물체를들기위해인류는최초의도르래를만들었습니다. 무거운물체를들기위해줄로연결해서사용한나무줄기나나뭇가지가고대의도르래였습니다. 이원시적인도르래는바퀴가발명되기전에도사용되었습니다. 고대사마리아인 ( 기원전 4000 년 ) 과중국인 ( 기원전 800 년 ) 이바퀴를발명된이후에, 단순한기구즉도르래의발명은현실이되었습니다. 바퀴와축의둘레에줄을더한기술은오늘날까지도이용되는놀라운기구들을만들었습니다. 원시적도르래의사용법 각실험의끝부분에는도르래와벨트전동에관한사실들이연습문제와수수께끼등으로포함되어있으며, 이를통해여러분들의지식과이해력을시험해볼수있습니다. 성적에따라 초심자 에서 박사 등급을책정할수있습니다. 자, 시작하기전에여러분과함께여행을떠날친구들을소개시켜줄게요. 01 page 피터는탐험과전세계의희한한사실에대해연구하는것을좋아해요. 앞으로우리에게 알고있나요? 를통해진귀한이야기를들려줄거예요. 앤드류는마음이따뜻하고호기심이많은친구예요. 여러분이각실험을잘이해하고있는지 관찰 란에서질문을할거예요. 매튜는척척박사예요! 매튜는우리가꼭알아야하는필수적인이론과정보를 지식 란을통해설명해줄거예요. 안젤라는같이있으면즐거운친구예요. 여러분에게재미있는활동과정보를포함, 각각의실험에대한소개를할거예요. 제니퍼는최고의과학자예요! 여러분이 실험 을할때마다제니퍼가도와줄꺼예요. 제임스는여러분이정답을맞출때마다점수를줄거예요. 퀴즈 에서제임스가보인다면, 최선을다하세요. 그러면아마도기계과학에서 기계천재 가될수도있어요. 알고있나요? 그리스수학자이자, 기술자그리고천문학자인아르키메데스 ( 기원전 87-1) 는도르래의발견자로믿어지고있습니다. 역사학자플루타르크에따르면, 아르키메데스는왕에게자신은어떤무게도다들수있다고주장했는데, 왕은아르키메데스에게큰배를끌어올수있냐고물었다고합니다. 그러자아르키메데스는고정식그리고이동식도르래를이용해서복합도르래를만들었고, 자신의힘만으로큰배를해안까지끌어왔습니다. 왕은깜짝놀라서그에게큰상을주었고, 아르키메데스는그일로매우유명해졌습니다. 고고학자들은기원전 1500 년경에메소포타미아 ( 지금의이라크 ) 지방에서물을떠올릴때사용된넝쿨과줄을이용한도르래와비슷한물건을발견했습니다. 하지만위대한그리스과학자인아르키메데스 ( 기원전 85-1) 가도르래의발견자라고믿어지고있지요. 도르래는물건이나사람들을실어주는선박에서주로이용되었는데, 그이유는도르래를이용하면쉽게돛을폈다가접었다가할수있었기때문입니다. 149 년에콜럼버스가인도로착각하고도착한미국을발견할때탔던배에도이용되었습니다. 돛단배에이용된도르래 그때부터도르래는매우폭넓게이용되고있습니다. 요즘에도르래기술은여러중요한부분에서찾아볼수있습니다. 공사현장이나, 공장, 기중기, 국기게양대, 돛단배등등은몇가지예일뿐입니다. 특히, 만약누군가끈이나사슬, 벨트등이무언가에사용되고있다면, 틀림없이도르래를이용하고있을거야 1 세기에는대성당이라는교회가유행이었습니다. 이건물들은매우커서, 150 미터높이도있었습니다. 이건물들을짓기위해서는커다란석재들을옮겨야만했는데, 이때도르래기술이매우널리사용되었습니다. 이탈리아우표에묘사된아르키메데스형상 덴마크로스킬레성당 1~13 세기건축 page 0
도르래란무엇일까요? 소개 내친구인조지그리고그의가족들을소개하겠습니다. 최근에조지네가족은 3 층건물로이사했습니다. 모든짐을다옮겨오는데, 소파가너무커서엘리베이터에실을수가없었습니다. 유일한방법은오른쪽사진처럼기중기를이용해서발코니로옮기는거였죠. 그기중기는조지가엔지노모형을이용해서만들어보기로했던기계들중에하나였습니다. 그런데조지가만든기계모형이실제기계처럼작동했을까요? 그기계가성공적으로작동했을지제니퍼에게물어볼까요? 5. 과정, 검정색축에서끈을푼다음작은도르래에묶으세요. 그뒤, 기중기의받침면이완전히올라갈때까지크랭크를돌려보세요. 6. 과정 3, 이번에는중간크기의회색도르래에끈을묶은뒤다시한번측정해보세요. 관찰 1) 관찰을통해측정한결과를빈칸에적은후, 어떠한실험에서가장큰힘을필요로했는지골라보세요. 기중기 끈이연결된부분 어려운정도 실험 1: 기중기로물체들기 순서 8-9 쪽에있는실험설명서를자세히읽고빈공간에답을적으세요. 알아봅시다! 무거운물건을쉽게들어올리기위해서어떤기계를사용할수있을까? 사례 1: 검정축 사례 : 소형도르래 사례 3: 중형도르래 크랭크의회전수 가장쉬움 쉬움 가장어려움 1. 엔지노모형안내서 1- 쪽의기중기편을잘읽으세요.. 기구를작동시켜보고, 어떻게작동하는지살펴보세요. 크랭크를시계방향으로돌려보고, 반대방향으로돌려본후어떤일이있어나는지관찰해보세요. 3. 가벼운물건이나, 엔지노모형상자를올려보세요. 결과측정을하고, 그결과를다음장의표에적어보세요. ) 위의표를참고로, 물건을들어올릴때사용되는도르래의크기와크랭크의회전수에는어떠한상관관계가있는지적어보세요. 수직기중기 4. 과정 1, 기중기의손잡이를돌려서물체가완전히올라가기까지의회전횟수를측정한후다음장에있는표에적어보세요. 더정확한측정을위해서, 오른쪽그림처럼대각선받침대를측정의기준선으로정할수있습니다. 엔지노기중기모형 필요한재료 1. 엔지노모형. 엔지노모형설명서 : 도르래편 3. 엔지노모형상자 Building Challenge 퀴즈 1 부록 3-4 쪽의기중기다리모형만들기의내용을잘살펴보세요. 그리고어떻게한개의끈이두개의기중기를동시에움직일수있는지적어보세요. ( 점 ) 03 page page 04
지식 도르래의정의 도르래는단순한기계중에중에하나입니다. 도르래는가운데를따라홈이나있는바퀴를가지고있으며, 그바퀴위에끈이나선을연결해서사용하면한부분에서다른부분으로힘을전달할수있습니다. 끈을잡아당기는것만으로우리는손쉽게무거운물건을들어올릴수있죠. 우리의손에서출발한힘이끈을통해서무거운물건까지전해진다는의미입니다. 끈 도르래 나뭇가지에달려있는도르래 축 엔지노도르래엔지노에는 1개의적색도르래, 3가지크기 ( 소형중형대형 ) 의회색도르래가포함되어있습니다. 적색도르래는대부분의엔지노부품들과조립이잘되도록설계되었습니다. 이도르래는양면에각각원형, 팔각형의연결축으로가지고있는데, 별도의부품을사용하지않고도엔지노장대와조립이가능한장점을가지고있습니다.. 엔지노적색도르래 엔지노표준도르래는 3 가지의크기로구성되어있습니다. 엔지노회색도르래를사용하기위해서는별로의축을필요로합니다. 자그럼자를이용해서세도르래의둘레를측정해보도록할까요? 주의할점은, 도르래들의둘레를측정할때에는끈이나줄이실질적으로닫는부분, 즉도르래의바깥부분이아닌사진과같이도르래안원형부분만측정을해야합니다. 그럼둘레를측정하고밀리미터 (mm) 를이용해서알맞은숫자를적어보세요. 크랭크가달려있는낚싯대 우리가도르래에연결된끈을잡아당기면, 왜물건은위로올라가는걸까요? 그이유는밑으로잡아당기는힘이도르래를통하면위로끌어올리는힘으로바뀌기때문입니다. 오른쪽위의사진을보면쉽게알수있습니다. 그리고단순히끈을잡아당기는것보다왼쪽사진의낚싯대처럼도르래의축주변에크랭크라는장치를이용하면훨씬쉽게물건을들어올릴수있습니다. 기중기모형에잘나와있으니잘살펴보도록하세요. 축의중앙부분 다른형태의도르래도르래는다양한모습으로사용될수있습니다. 위에서본것처럼, 도르래는힘을전달하기위해사용되는데, 그힘의전달방향도손쉽게바꿀수있습니다. 많은기계들의경우에, 도르래의축부분이돌아가게되어있고, 그축부분에끈이감겨져있죠. 그끈에물건을연결하고축부분에연결된손잡이 ( 크랭크 ) 를돌리면끈이축주변에감기고결과적으로물건을들어올릴수있습니다. 이방식은옛사람들이우물에서물을기를때사용했었는데, 손잡이 ( 크랭크 ) 만돌리면깊은우물에서도쉽게물을뜰수있었습니다. 엔지노모형을통해서크랭크기술에관해서더배워보도록합시다. 작은힘이필요 천천히당김얇은축 중간힘이필요 빠르게당김중간크기의축 엔지노도르래 큰힘이필요 매우빠르게당김두꺼운축 끈을고정시켜주는홈 우물 알고있나요? 이상하게들리겠지만, 엘리베이터의나이는,000 살이넘는다고합니다. 옛날사람들은다른사람들이나물건을옮겨야할일이생기자기중기의원리를변형시키기시작했고, 그것이점차발전되어서오늘날의멋진엘리베이터가되었습니다. 로마의건축가였던비트리우스라는사람은사람이나동물들의힘으로움직이는원시적인엘리베이터에대해기록을남겼습니다. 이런종류의엘리베이터는이집트에서도발견되었는데, 수도승들이높은산위에있는수도원으로올라갈때사용되었습니다. 또로마의콜로세움에서검투사들이동물과싸우기위해경기장에들어갈때에도사용되었습니다. 1853 년에는미국의오티스라는발명가가추락방지용안전장치가달려있는화물용엘리베이터를선보였습니다. 그리고 1880 년에는독일의발명가웨너본세이먼이최초의전기엘리베이터를만들었고, 1883 년에뉴욕의한아파트에처음으로설치되었습니다. 축이없는엔지노회색도르래 마지막으로엔지노에는 5 번째종류의도르래가있습니다. 오른쪽사진처럼, 두개의밝은회색빛의부품을이용해서엔지노부품들중가장작은도르래를만들수있습니다. 원시적엘레베이터 배운내용확인 도르래란무엇이고그생김새는? 도르래가가지고있는장점은? 초소형엔지노도르래 현대적엘레베이터 배운것을확인해봅시다. 05 page 물건을들어올리는데필요한힘과속도는도르래축의지름과관계가있습니다. 첫번째실험에서관찰한것처럼, 큰지름의축을쓸경우에는, 들어올리는속도는빠르지만더많은힘을필요로하지요. 위의그림들은각기다른지름의축들이도르래의역할을하고있는것을나타내고있습니다. 더자세히공부하고싶다면엔지노과학공구바퀴 & 축편을이용하도록해. 도르래의축의둘레는물건을들어올릴때어떤영향을끼치나요? 엔지노과학공구에는몇가지의도르래가있을까요? page 06
도르래의종류 소개 관찰 1) 관찰결과를토대로다음표를완성하세요. 체육관에서나집에서사진과같은운동기구를본적이있니? 이러한운동기구들은무게전달을위해서도르래를사용하고있어. 그런데운동기구에사용된도르래가내친구조지가짐을옮길때사용한도르래와같은방법으로이용되고있을까? 약한힘을가지고도무거운물건을들어올리는게가능할까? 다음실험을통해서어떻게하면너도슈퍼맨처럼무거운물건을들수있는지알아보도록할까? 관찰과정 크랭크의회전수 힘 ( 회전의어려움정도 ) 쉬움 어려움 운동기구 과정 4 과정 5 실험 : 변형기중기 알아봅시다! ) 결과를살펴보고, 의견을적어보세요. 순서 1. 실험 1에서사용된엔지노기중기모형을사용하겠습니다. 엔지노모형설명서 : 도르래편 쪽을참고해서모형을원래모습으로되돌려보세요. 어떻게하면도르래를이용해서우리의힘을매우강하게만들까?. 오른쪽그림을보고, 받침대위에조립되어있는 1 번적색도르래를분리한다음 번적색도르래와바꿔서조립을해보세요. 받침대가 1 번도르래와연결된줄로직접연결되어서위쪽으로끌어올려진상태를만듭니다. 그후받침대에물건을올려서어떤일이일어나는지관찰해보세요. 3) 어떤모형이더쉽게물건을들어올렸는지생각해보고, 크랭크와는어떠한관계가있는지적어보세요. 3. 1 번실험의과정 1 과같이, 줄을기중기의축에연결해서실험을해보고그결과를다음표의빈칸에알맞게채워보세요. 4) 이번실험의결과와이전실험의실험결과를비교해보고어떤공통점이있는지적어보세요. 4. 기중기의크랭크 ( 손잡이 ) 를돌려보고, 기중기의받침대가완전히올라갈때까지의필요한횟수를측정하고그결과를다음의표에알맞게적어보세요. 크랭크 ( 손잡이 ) 가조립되어있는받침대를기준으로측정하면더정확한결과를얻을수있습니다. ( 과정 4) 5. 실험 1 의기중기도르래처럼적색도르래의위치를되돌린후다시한번실험과정을반복해보세요. ( 과정 5) 준비물 기중기 1. 엔지노모형.. 엔지노모형설명서 : 도르래편 퀴즈 밑의낱말들을이용하여문장을완성시켜보세요. (점) 복합 을 ( 를 ) 이용하면.. 물건을. 들수있다. 이기구는. 과 ( 와 ) 3. 엔지노모형상자. 로구성되어있는데, 이기구의가장좋은점은물건을드는데필요한 을 ( 를 ) 감소시키는것이다. 07 page 1 빠르게, 느리게, 길게, 짧게, 힘, 쉽게, 도르래, 지레, 고정식도르래, 무거운, 이동식도르래 page 08
지식 도르래의종류 도르래는고정식도르래와이동식도르래두가지종류로나눌수가있습니다. 힘의방향 복합적도르래고대그리스의수학자이자기술자그리고천문학자였던아르키메데스는 ( 기원전 87-1) 도르래종류중가장유용한복합도르래체계를발명하였습니다. 이복합도르래체계는위에서말했던고정식도르래와이동식도르래를모두포함하고있었습니다. M.A.= Load Effort 기계적확대율에관한공식 고정식도르래는구조물에고정된축에연결된도르래를말합니다. 이고정식도르래는물건에직접연결되진않아. 이러한종류의도르래는줄을밑으로줄을잡아당겨서물건을위로끌어올릴때주로사용됩니다. 이동식도르래는물건과직접적으로연결되어있어서, 그물건과동시에움직이게되어있습니다. 물건을들어올리기위해서는줄을위로잡아당겨야만하지요. 이동식도르래에는많은기계구조적인장점을가지고있습니다.. 기계적확대율 (M.A.) 힘의방향 고정식도르래 이동식도르래 도르래는단순한기능을가지고있는간단한기계에속합니다. 이도르래는우리가주는힘을더크게만들어주는장점이있습니다. 그장점을기계적확대율 (M.A.) 이라고하는데, 우리가물건을들때필요한힘을비례적으로표현한식입니다. 예를들어, 우리가우리의힘보다무거운물건을들수있다고한다면우리는기계적확대율 ( 장점 ) 을가지고있다고할수있습니다. 고정식도르래를쓸경우에는물건을들기위해서물건의무게만큼의힘을필요로합니다. 즉이경우에는힘에관한기계적확대율 ( 장점 ) 은없다고볼수있습니다. 하지만고정식도르래에도기계적확대율은존재하는데, 그것은바로손쉽게힘의방향을바꿀수있다는점입니다. 이동식도르래의경우에는, 우리가실험 1 과 에서살펴보았듯이, 물건을들기위해서그절반의힘만을필요로하죠. 하지만주의할점은, 우리가힘을얻은대신에무언가를잃어버렸다는점입니다. 기중기모형을잘관찰했다면, 기중기가물건을들어올린높이가짧다는점을발견할수있습니다. 즉힘을적게들인대신에, 줄을두배로더감아야만물건을완전히들어올릴수있습니다. 물건 물건 F=T 3xT 3xT F = /6 F= 6 6 6 6 그림속의복합도르래는총 6 개의도르래를사용하고있습니다. 이도르래는크게 부분으로나눌수있는데, 각각의이동식도르래는무게를절반으로줄여주는역할을수행하고있습니다. 즉 3 개의이동식도르래는결과적으로물건을드는데필요한힘을 1/6 로줄여주고있습니다. 6 6 6 아르키메데스가복합도르래를이용해서배를해안으로끌고있는모습 복합도르래는 개이상의도르래조합으로만들어졌고, 그도르래의숫자에따라서우리는손쉽게물건을들수있습니다. 앞에서말했듯이, 적은힘으로물건을옮기려면더긴길이의줄을잡아당겨야만합니다. 그리고밑에그림에나와있듯이, 많은종류의복합도르래조합이존재하고있습니다. 그리고너무많은숫자의도르래를사용하면힘이낭비되고더많은저항이발생합니다. 따라서우리가효율적으로사용할수있는도르래숫자에는한계가있다고할수있습니다. 복합도르래조합위의도르래는복합도르래의한가지예입니다. 우리는도르래숫자의조합을통해서다른결과를얻을수도있습니다. 힘 힘이란마치방향성과일정크기의힘을가진화살과같습니다. 엔지노교육의과학공구 미끄럼틀과쐐기 편을이용하면더욱깊게공부할수있습니다. 줄과함께사용되는도르래의경우에는그줄의어떤부위에도같은크기의힘이작용한다는것을쉽게알수있습니다. 따라서끈에연결된물건이가만히있다면, 그것은물건의무게와같은힘이작용하고있다는것을의미합니다. T T 이동식도르래의경우, 물건을들어올리는줄의양쪽모두에물건무게절반만큼의압력이작용하고있습니다. 따라서우리는물건의절반만큼의힘만들이고도그물건을들어올릴수있습니다. T T 고정식도르래를이용할경우, 줄에걸리는압력과물건의무게는똑같습니다. T= 이동식도르래는마치우리가어디선가새로운힘을더얻은것처럼보이지만, 실제로는그렇지않습니다. 이동식도르래를이용해물건을들어올릴때에는고정식도르래보다두배나더긴끈을더잡아당겨야만합니다. F= 조합 1 두개의도르래를이용한조합 개의고정식도르래와 1 개의이동식도르래로만든아래그림과같은복합도르래를이용하면, 물건무게의 1/3 에해당하는힘만으로물건을들어올릴수있습니다. 3 3 3 조합 세개의도르래를이용한조합 09 page T=/ 조합 1 에서, 우리는한개의고정도르래와한개의이동식도르래를가지고있습니다. 우리가엔지노모형으로만든기구와비슷하지요? 이복합도르래를이용하면물건무게의절반에해당하는힘만가지고도물건을들어올릴수있습니다. F= 3 page 10
옆에그림과같이두개의고정식도르래와 개의이동식도르래로만든복합도르래를이용하면 1/4 의힘만가지고도물건을들어올릴수있습니다. 도르래응용의예밑의사진들은실생활에서이용되는도르래의모습을나타내고있습니다. F = 도르래의개수 4 4 4 4 복합도르래에사용된고정식도르래와이동식도르래의숫자를이용하면물건을드는데필요한힘의크기를계산할수있습니다. F= 4 땅을파거나물건을옮기는데제일좋은기계는바로포크레인입니다. 포크레인은복합도르래의원리를사용하고있습니다. 네개의도르래를이용한조합 아파트에사는친구들에게매우유용한도르래를이용한빨랫줄, 줄을잡아당겨빨래를널거나걷을수있습니다. 돛단배에서사용되는도르래의예. 돛을펴거나접을때사용되고있습니다. 엘리베이터에사용된도르래. 수압을이용하여작동되는종류입니다. Building Challenge 나만의기중기를만드는방법엔지노도르래에는 3가지의도르래부품들이있습니다. 만약여러분의힘을 6배로늘려주는복합도르래를만들고싶다면 6개의도르래가필요로하겠죠? 여러분이직접사용할수있는멋진복합기중기를만들고싶다면엔지노교육의크랭크와캠을이용해보세요. 사용설명서 5-7쪽에적혀있는설명에잘읽고, 소형, 중형, 대형크기의이동식도르래를이용해서갈고리가달린멋진복합기중기를만들어보세요. 여러분의방문에설치할수있는고정식도르래기구는다음과같은과정을필요로합니다. 긴줄이나, 얇은선을도르래에바로감으세요. 선의한쪽끝은문위쪽의기구상단에묶고다른한쪽은다른친구가잡아당기고있어야합니다. 알고있나요? 양궁은올림픽종목중에하나이고, 1900 년파리올림픽때처음소개되었습니다. 하지만양궁에관한국제적인규칙이없었기때문에 197 년에다시소개되기까지잊혀진종목이었습니다. 하지만활과화살은스포츠이기이전에예전부터여러방면으로사용하였습니다. 먼옛날부터사람들은활과화살을사냥용이나전쟁용으로사용했습니다. 그활종류중에, 오른쪽사진에나와있는석궁이라는활은마치총처럼손위에올려서쓸수있었습니다. 근대적인석궁은복합적도르래원리를이용해서보통사람힘으로는당길수없는활을손쉽게이용할수있도록개량되었습니다. 근대적인복합석궁도르래를사용하지않은원시적석궁 배운내용확인 배운것을확인해봅시다. 몇가지종류의도르래가있나요? 복합도르래란무엇인가요? 기계적확대율이란무엇이고어떻게계산할수있나요? 도르래는어디서사용되나요? 줄을사용하지않은복합도르래모형 줄을사용한복합도르래모형 11 page page 1
도르래의이용법 소개 체육관에서는런닝머신이나, 근육을만들기위한운동기구외에도실내자전거라는운동기구가있습니다. 이실내자전거는페달을밟아도실제로움직이진않지만, 자전거를타는것과같은운동효과를가지고있죠. 실내자전거는집에서도사용할수있고, 운동중에너의심장박동도확인할수가있습니다. 그런데어떻게실내자전거가움직이는지상상이가나요? 그럼제니퍼와함께다음실험을통해직접알아보도록할까요? 관찰 1) 아래의사진위에, 도르래가돌아가는방향을나타내는화살표를그려보세요. 모형 1 모형 실내자전거 실험 3: 실내자전거 알아봅시다! 순서 1. 엔지노모형설명서 8-9쪽에수록된실내자전거편을잘읽어보세요. 어떻게도르래가운동의방향을바꿀수있는지알아보세요. 기본형벨트전동 교차형벨트전동. 손으로실내자전거의페달을돌려보고잘관찰한다음, 다음장의모형 1 의그림위에, 두도르래가돌아가는방향을화살표로그려보세요. 더빨리회전하는도르래의화살표를더크게그려보세요. ) 모형 1 의페달을돌렸을때어떤일이일어났나요? 3. 이번에는두개의도르래를본체에서분리한다음, 모형 와같이고무줄을 X 자모양으로도르래를연결해보세요. 그후에, 다시손으로페달을돌려보고잘관찰하세요. 관찰이끝나면, case 의그림위에두개의도르래가돌아가는방향을따라화살표를그려볼까요? 더빨리돌아가는도르래의화살표는더크게그리세요. X 자모양의고무줄을사용한도르래 3) 모형 의페달을돌렸을때어떤일이일어났나요? 준비물 Building Challenge 1. 엔지노모형. 엔지노모형설명서 : 도르래편 퀴즈 3 네덜란드에가면, 아름다운경치와멋진자연환경그리고풍차를보고큰감명을받을거야. 만약나만의풍차를만들고싶다면, 엔지노로지금만들어보세요. ( 엔지노모형설명서 10 쪽 ).( 점 ) 13 page 엔지노실내자전거모형 네덜란드의풍차 page 14
지식 도르래를이용한움직임전달 도르래의사용 우리가앞서살펴본것과같이, 도르래는도르래의홈을따라연결되어있는줄을이용해서물체를들어올릴수있는간단한기구입니다. 복합도르래는우리들이작은힘으로도무거운물건을들수있도록도와줍니다. 하지만, 도르래의기능은그것만이아닙니다. 도르래는회전운동을전달시키거나운동방향을바꾸고, 회전속도를조절하는용도로도사용되고있습니다. 이기능을위해서는줄대신에유연하고도질긴벨트를이용해서두개의도르래를연결시켜야합니다. 만약한개의도르래가돌아가기시작하면, 벨트가움직임을다른한개의도르래로전달시키고결과적으로두개의도르래가함께돌아가는걸확인할수있습니다. 도르래움직임의전달손잡이 ( 크랭크 ) 를이용해서손으로직접움직이거나, 혹은전동기를이용해서기계적으로움직이는도르래를구동도르래 (driver pulley) 라고합니다. 구동도르래가움직일때같이따라서움직이는도르래를종동도르래 (follower pulley) 라부릅니다. 오른쪽그림과같이, 고무줄을통해서연결된오른쪽두개의도르래를살펴보면, 구동도르래가움직이면종동도르래도구동도르래가움직이는방향그대로같이움직이는걸확인할수있습니다. 위의그림처럼축을이용해서다른도르래를연결시키면, 도르래의회전방향을유지하면서멀리떨어져있는도르래로회전운동을전달시킬수있습니다. 이원리를이용하면, 오른쪽에있는그림처럼, 거리가멀고, 중간에장애물이있더라도필요한위치에도르래의기능을사용할수있습니다. 구동도르래 알고있나요? 종동도르래 도르래움직임의전달 풍차는바람의힘을회전운동으로변환시킬때사용되는기구입니다. 풍차는유럽과그리스에서매우유행했습니다. 그리스의첫번째풍차는 1 세기경알렉산드리아의헤론이란사람에의해서설계되었습니다. 그리스는바람이많이부는나라였기때문에풍차가다방면으로사용되었습니다. 풍차를이용하면, 바람의방향과그세기에따라시간당 0-70kg 의곡식을빻을수있었습니다. 오늘날에는옛날에사용되던풍차는대부분없어지고, 대부분관광용으로남아있습니다. 과거에는밀을빻거나물을기르는데사용되던풍차가오늘날에이르러서는바람의힘을이용해발전기를돌려서전기를얻는데사용되고있습니다. 회전방향의변화두개의연결된도르래의회전방향을다르게하고싶다면, 도르래를연결하고있는벨트를오른쪽그림처럼 X자모양으로만들어야합니다. 이렇게하면, 구동도르래의움직임을종동도르래에전달할뿐만아니라종동도르래의회전방향까지도조절할수있습니다. 하지만이방식에는단점이있습니다. X 자모양의벨트에많은마찰이생깁니다. 벨트에많은마찰이생기면운동에너지가줄어들게되고, 그벨트도훨씬빨리망가집니다. 축대에연결된벨트를통해작동된구형세탁기의전동기 회전속도의변화도르래의회전방향뿐만아니라회전속도까지변화시킬수있습니다. 각기다른지름의구동도르래와종동도르래를이용하면회전속도를빨리하거나혹은느리게하는것이가능합니다. 더자세한내용은다음실험을통해서알아보도록할까요? 엔진의인장장치 운동방향의변화벨트의유연성을이용하면도르래에연결된축의방향을변화시킬수있습니다. 위그림의예에서는운동방향이 180도바뀌었지만, 밑의그림예는 90도의운동방향변화를확인할수있습니다. 이처럼도르래는여러각도에서도그기능을발휘할수있습니다. 벨트구동의종류 (Types of belt drive) 자전거에달려있는체인을본적이있나요? 벨트구동은그것과매우유사하지만, 체인만큼딱딱하지않고더약한성질을가지고있습니다. 하지만이벨트구동은매우간단하고정비를할때도쉽게할수있습니다. 그리고축의위치를유연하게정할수있게하면서도진동을줄여주고충격도완화시킵니다. 하지만그신축성때문에때때로도르래에서벗겨지기도하는데, 그것을방지하기위한인장장치 (tensioner) 라는장치를사용합니다. 이인장장치는사실또다른도르래인데, 벨트가벗겨지지않도록팽팽하게만들어주는역할을합니다. 몇가지종류의벨트구동은필요에따라여러부분에서사용되고있습니다. 초창기의벨트는플랫벨트 (flat belts) 인데공장안에서기계를구동시키거나동력을전달시킬때사용되었습니다. 이러한종류의벨트는매우튼튼했는데그이유는무거운물건이나매우빠른속도로작동되어야했기때문입니다. 오늘날에는직물공장이나제지공장에서주로사용되고습니다. 혹시공항에가본적이있다면, 커다란고무벨트가돌아가며짐을운반하는걸본적이있나요? 바로플랫벨트의대표적인예라고할수있습니다. 15 page 장애물을피해멀리있는도르래에움직임전달 wheelbarrow 현대의풍력발전기 공항의수화물운반용벨트 page 16
브이벨트 (Vee belts) 는플랫벨트가도르래에서종종벗겨지는문제점을가지고있었는데, 그문제점을해결하기위해알파벳 V 자모양으로만들어진벨트를말해. 도르래의홈도 V 자로되어있어서벨트와도르래가꼭들어맞게되어있어. 플랫벨트보다유연하고주로자동차를만들때사용되고있어. 종합문제 : 상자안의낱말을이용해서빈칸을채워보세요. ( 점 ) 멀리떨어진, 반대로, 축, 움직임, 수직으로, 도르래, 벨트구동, 두개이상의, 벨트 자동차엔진에사용된 V 벨트 라운드벨트 (round belts) 는원형모양의벨트를말하는데, 가장자리에홈이있는도르래에이용하기위해만들어졌습니다. 다양한길이로사용할수있고주로토크 ( 회전하고자하는성질 ) 가작은곳에사용되고있습니다. 옛날에는가죽으로만든원형벨트가재봉틀에많이사용되었습니다. 구식재봉틀 한쪽의 에서다른한쪽으로 을전달시키기위해서는, 최소한두개의 와 이필요합니다. 곳에동작은전달시키기위해서는 도르래를연결시켜야합니다. 또한 X자모양의 를이용하면, 회전의방향을 할수도있어. 또한가지, 두개의도르래사이에 연결된축으로회전운동을전달시킬수있습니다. 필름벨트는플라스틱이나얇은막으로만들어진벨트인데작은힘으로도빠르게움직이기때문에간편하게사용할수있습니다. 필름벨트는오래사용할수있다는장점이있고또, 프린터, 오디오카세트나녹음기같은사무기기등에이용되고있습니다. Building Challenge 필름벨트가사용된테이프 타이밍벨트 (Timing belts) 는그사용법때문에톱니식혹은동기식벨트라고알려졌습니다. 이벨트는톱니모양을가진도르래 ( 전동장치와비슷한 ) 와함께사용되는데, 벗겨지지않고일정한속도로움직일수있습니다. 이방식은주로정밀한작업을할때사용되는데, 동작을직접적으로전달하는기능을가지고있습니다. 높은효율성을가지고있는타이밍벨트는종종사슬장치나톱니바퀴를대체하기도하는데, 이경우에는소음과마찰을줄일수있는장점이있습니다. 타이밍벨트는자동차의캠축 (cam shafts) 이나소형측정기, 스테퍼모터 (stepper motor) 등에주로사용되고있습니다. 하지만이벨트는몇가지단점도가지고있는데, 큰비용을필요로하고특수한톱니식도르래가필요하며, 쉽게고장이날수있습니다. 건설용기중기 건설용기중기는크고무거운물체를들어서한장소에서다른장소로옮길수있는기계를말합니다. 주로건설현장에서사용되는데, 건물을지을때필요한재료를운반하거나건물의높은곳으로장비를올릴때사용하고있습니다. 우리가지난실험들에서살펴봤듯이, 대부분기중기에는복합도르래의원리가사용됩니다. 다양한부품을가지고있는엔지노를이용하면모든종류의기중기를만들어볼수있고, 또한실생활에서사용할수도있습니다. 자그럼다양한방법으로도르래를이용해서물건을들어보기로할까요? 자동차엔진에사용된타이밍벨트 플라잉로프 (flying rope) 는전기를쓰지않고도먼거리까지기계동력을전달할수있습니다. 산에설치된의자모양의리프트 (chair lift) 가대표적이예입니다. 엔지노모형설명서 : 도르래편 11-1 쪽을참고해서건설용기중기를만들어보도록할까요? 기중기를직접작동시켜보고도르래가어떻게움직이는지잘살펴보세요. 우리가배워온내용을다시생각해보고기중기에사용된도르래의기능에관해서설명해보세요. ( 건설용기중기만들기 : 점 ) 엔지노교육의건설용기중기모형 배운내용확인 배운내용을확인해보세요. 산정상까지사람을옮겨주는체어리프트 (chair lift) 17 page 어떻게움직임이전달되는지설명해보세요. 어떻게움직임의방향을바꿀수있나요? 어떻게회전방향을바꿀수있나요? page 18
속도의증가와감소 소개 스위스알프스산에있는랜드웨이서다리를본적이있니? 랜드웨이서다리는 190 년에철도용다리로사용하기위해서만들어졌습니다. 6 개의아치구조를이용한이다리는 65 미터이고, 그길이는 165 미터나됩니다. 더욱더경이로운점은, 이다리가만들어진방법인데, 다리의상반부로건축재료를운반하기위해도르래의원리를이용한혁신적인기중기가이용되었습니다. 그기중기는어떤방법으로작동되었을까요? 겐트리크레인모형을이용한실험을통해서알아볼까요? 5. 오른쪽그림에표시된위치에, 각번호마다지정된구동도르래를조립해보세요. 도르래를조립할때에는고무줄을팽팽하게하여회전전달이잘되도록조립해야합니다. 종동도르래는항상줄을감아 1 올리는축보다위쪽에있어야합니다. 자그럼측정을시작하기전에, 다시한번밑의그림을잘보고도르래가알맞게설치되었는지확인하세요. 3 4 스위스의랜드웨이서다리 관찰 1) 실험결과를토대로다음의빈칸을채워보세요. 마지막줄의크랭크 ( 손잡이 ) 의회전수가적을때에는, 물건이완전히올라갔을때를기준으로적으세요. 물건을완전히들어올릴때까지필요했던힘의크기와시간을알맞은빈칸에표시하세요. 실험 4: 크레인다리 알아봅시다! Case 1 Case Case 3 Case 4 순서 1. 엔지노모형설명서 : 도르래편 13-14 쪽을잘읽고겐트리크레인을만들어보세요. 교량형기중기를이용해물건을들어올릴때에할수있는속도조절에관해생각해보세요. 종동도르래 소형중형대형대형. 두개의책상사이에겐트리크레인을설치하고, 기중기의걸쇠부분이바닥에닿을수있도록하세요. 그후직접기중기를작동시켜보고, 어떻게움직이는지생각해보세요. 작은주머니에모래나콩을넣은후기중기를이용해직접들어올려보세요. 구동도르래 대형대형소형중형 3. 설명서를따라서큰도르래와크랭크 ( 손잡이 ) 그리고고무줄부분을분리시키세요. 그후, 작은도르래가연결된윗부분의축에크랭크를조립하면우리가직접축을돌려서줄을감을수있습니다. 4. 기중기의걸쇠부분에무게가나가는주머니를걸고, 줄이팽팽하게될때까지감아올려보세요. 그후기중기를이용해서주머니를들어올리면서, 주머니가완전히들어올려질때까지크랭크가몇번이나회전했는지측정해보세요. 준비물 엔지노교량형기중기모형 힘 가장힘듬힘듬쉬움가장쉬움 1. 엔지노모형부품. 가장느림. 엔지노모형설명서 : 도르래편 스피드 느림 크랭크의회전횟수 = 주머니를들어올리는데필요한힘과속도에관해서도생각해보세요. 3. 약간의콩, 모래, 작은주머니. 빠름 가장빠름 크랭크 ( 손잡이 ) 의회전수 19 page page 0
) 위페이지의표를보고, 물체를들어올리는데필요한힘과속도의관계에대해서설명해보세요. 퀴즈 4 종합 : 다음의낱말들을이용해서빈칸에알맞은낱말을적어보세요. ( 점 ) 종동도르래 ( 힘이도착 ) 구동도르래 ( 힘이출발 ) 속도의증가더욱더빨리움직일필요가있을때에는, 종동도르래보다큰지름을가진구동도르래를이용해야합니다. 더쉽게이해하기위해서예를들면, 축구공이한번구른거리만큼탁구공을굴려보면, 탁구공은훨씬많은횟수를굴러야만합니다. 이것처럼지름이큰구동도르래가한바퀴회전하면, 팽팽한줄로연결된작은종동도르래는더빠른속도로여러번회전을하게됩니다. 이러한도르래의회전횟수를 1분동안측정한결과를 rpm(1분당회전수 ) 이라고합니다. 자그럼, 구동도르래와종동도르래의속도에관한상관관계를수학적인방법으로알아보도록할까요? 구동도르래, 종동도르래, 힘커야한다, 증가, 느리게 (a) 속도를더빠르게하기위해서는 크기가 보다더커야한다. 하지만, 속도를빠르게하면, 이줄어든다. (b) 속도를 하기위해서는종동도르래의크기가구동도르래보다. 또한구동도르래로부터받아들이는힘을더욱 시킨다. 속도비 (V.R.) 속도비 (velocity ratio) 란도르래에유입되는힘과도르래가사용하는힘의관계를나타낸말입니다. 이속도비는종동도르래와구동도르래의회전속도를통해구할수있습니다. 도르래속도비를구할수있는다른방법 속도비 = 구동도르래의회전속도 종동도르래의회전속도 도르래속도비에관한공식 지식 각기다른지름의도르래를이용하면회전속도를바꿀수가있어. 회전속도가빨라지거나느려지는것은구동도르래와종동도르래의지름과관련이있습니다. 속도비 = 종동도르래의지름 구동도르래의지름 속도비를계산하는더쉬운방법은종동도르래의지름을이용하면되는데, 종동도르래의지름을구동도르래의지름으로나누면쉽게속도비를계산할수있습니다. 토크 (torque) 의증가토크 (torque) 란어떤것을회전시키려하는힘을의미해. 접선력 (tangential force) 이라불리는힘이바퀴나도르래에작용하게되면, 바퀴나도르래가중심부로부터힘을받아서돌아가게되는데이러한과정을토크라고합니다. 속도의감소종속도르래의속도를줄이기위해서는, 구동도르래의지름이종속도르래보다작아야만합니다. 구동도르래는전동기나다른곳에서직접적으로힘을받아들이고, 종동도르래는그힘과속도를이용해서움직입니다. 구동도르래 ( 힘이입력됨 ) 종동도르래 ( 사용되는힘 ) 반지름 (R) 힘 (F) 어떠한물체가회전하기시작하면, 그물체의무게를감당하기위한힘을가지고있어야합니다. 만약우리가그물체를작은원을그리며회전시키려면더큰힘이필요하고, 반대로큰원을그리며회전시키려하면, 더적은힘이필요합니다. 1 page 속도변화를위해서각자다른지름의도르래를이용한복합도르래 만약우리가회전속도를더욱느리게하고싶다면, 제 3 의축에더많은도르래를이용해야합니다. 왼쪽그림처럼, 중간부분의종동도르래에축과연결되어움직이는작은도르래는새로운구동도르래가되고, 그것과연결된또다른도르래를움직이게할수있습니다. 만약도르래의위치를반대로한다면속도를더욱빨리할수있습니다.. T= FxR 토크의공식 토크 (T) T= F xr 원의지름이커지면필요한힘의크기는작아진다. page
오른쪽그림에그려진것처럼, 작은구동도르래의토크 ( 회전하고자하는성질 ) 에의해서벨트에힘 ( F1) 이작용하게되고, 이힘은다시종속도르래로전해져서 ( F) 새로운토크를만들게돼. 벨트를통해서전달되는 F1과 F의크기는똑같지만, 도르래의지름이더큰종동도르래의토크가구동도르래의토크보다큰걸확인할수있습니다. D 1 F 1 F D 퀴즈시간 작별인사를하기전에, 우리가실험과여러가지정보들을통해서배운내용을다시한번살펴봅시다. 최선을다해서문제에대한알맞은답을빈칸에적으세요. 정답은이책의뒷부분에서찾을수있습니다. 문제를다풀고채점을한다음, 얼마나도르래세계의전문가가되었는지살펴보도록하세요. 구동도르래 종동도르래 도르래에작용하고있는힘 사용된힘 = 속도비 x 가해진힘 연습문제 1 밑에그림을보면, 작은생쥐가도르래를이용해서코끼리를들어올리려고하고있습니다. 그럼두그림중에어떤도르래를이용한작은생쥐가더쉽게코끼리를들어올릴수있을지설명해보세요. ( 점 ) A B F= 배운내용확인 어떻게도르래의속도를조절할수있는지생각해보세요. 도르래의속도비를계산하는방법은? 토크란무엇이고, 그것을계산하는방법은? 차동도르래 (Differential pulley) 란무언인가? 매우무거운물체를들수있는차동도르래방식 배운내용을확인해보세요. 알고있나요? 매우좋은성능을가진복합도르래구조가있습니다. 왼쪽의그림과같은구조를가진도르래인데, 그구조를자세히살펴보면, 순환식의줄이각기다른크기의고정도르래에연결되어있는걸알수있습니다. 이두개의고정도르래는한개의축을통해연결이되어있어서같이회전운동을하게되어있습니다. 또한, 짐을들어올리는움직도르래도연결이되어있습니다. 이러한구조의도르래는체인호이스트 (chain hoist) 라고불리는데, 이도르래를이용하면매우크거나무거운물체도짧은거리지만운반할수있습니다. 이도르래는복합도르래의장점과서로연결된두개의고정도르래의장점을모두가지고있습니다. 이도르래는단순히두도르래의장점들을합친것보다훨씬더높은성능을가지고있습니다. 특히지름이매우다른두개의고정도르래를이용한다면그성능은더욱좋아집니다. 연습문제 다음낱말들을이용해서오른쪽그림의빈칸을채워보자. (.5점) 힘, 무게, 줄, 고정위치, 도르래 3 page page 4
연습문제 3 밑의그림은아르키메데스가해안으로배를끌고있는것을묘사하고있습니다. 그림 A 에서는, 한개의줄과 개의도르래를이용하고있고, 그림 B 에서는, 한개의줄과 4 개의도르래를이용하고있습니다. 그림들을잘살펴보고, 어떤그림의도르래사용법이맞는지대답하고, 그이유에대해서적어보세요. (3 점 ) 연습문제 5 다음낱말을알맞게이용해빈칸을채워봅시다. 구동도르래, 더욱, 종동도르래벨트, 똑같다, 같이, 적게, 큰, 작은, 빠르게. A B A 크기가같은두개의도르래가 통해서로평행인축에연결이되어있다. 왼쪽에위치한도르래를 라고부르고, 오른쪽의도르래를 라고한다. 왼쪽도르래의회전속도와오른쪽도르래의회전속도는. ( 점 ) B 통해평행으로연결된각기다른지름을가진두개의도르래가있다. 작은도르래는큰도르래보다 회전을한다. 큰도르래는 불리고, 작은도르래는 라고불린다. ( 점 ) C 통해평행으로연결된각기다른지름을가진두개의도르래가있다. 구동도르래 ( 도르래 ) 는 도르래 ( 작은도르래 ) 보다적은회전을한다.( 점 ) 연습문제 6 연습문제 4 세가지도르래방식이설명되어있습니다. 각사진속의종동도르래들의회전하는방향을그려보도록할까요? (3 점 ) 네개의도르래가세개의축 (A,B,C) 과두개의벨트를통해연결이되어있습니다. 번도르래와 3 번도르래는모두 B 의축에연결되어있습니다. 1 번도르래와 3 번도르래의지름은같고, 번도르래와 4 번도르래의지름이같다. 그림을자세히보고, 다음질문에답하세요. 3 4 A C A 1 B C B 1) 축 C 의회전속도는축대 B 보다? ( 빠르다, 느리다, 똑같다.) (1 점 ) ) 번도르래의회전속도는 3 번도르래의회전속도보다? ( 빠르다, 느리다, 똑같다 ) (1 점 ) 3)3 개의축중가능느리게회전하는것은? (1 점 ) 5 page 4) 가장빠른속도로회전하는도르래는? (1 점 ) 5) 이도르래는속도를줄이기위해사용이될까? 아니면속도를빠르게하기위해사용이될까? (1 점 ) page 6
연습문제 7 아래그림의도르래는한개의작은구동도르래와다른한개의큰종동도르래로만들어졌습니다. 구동도르래의지름은 00mm 이며, 그속도비는 입니다. (a) 도르래의지름과속도비의관계를다시생각해보고, 종동도르래의지름을빈칸에적어보세요. ( 점 ) 해설과정답 도르래란? 실험 1 [1] 3 쪽 번 : 크랭크 ( 손잡이 ) 가시계방향으로돌아가면, 물체가올라가고, 시계반대방향으로돌아가면, 물체는내려간다. D = 00mm 구동도르래 F1 F D = 종동도르래 관찰 1) 끈이연결된부분 사례 1 : 검정축사례 : 소형도르레사례 3 : 중형도르레 크랭크의회전수 어려운정도 가장쉬움쉬움가장어려움 ) 작은크기의도르래를사용해물체를들어올리기위해서는, 더욱많은회전을해야한다. 반대로, 큰크기의도르래를사용하면, 적은수의회전을통해서도물체를들어올릴수있다. 따라서작은지름의도르래가연결된축을통해줄을감으면, 큰도르래가연결된축을통해줄을감을때보다많이돌려야만한다. 9 1 5 (b) 고무줄에가해진힘은 5N 입니다. 양도르래의토크 (torque) 와도르래에가해진힘의합 (Tinput) 과사용된힘의합 (Toutput) 을계산하세요. 아래의공간을이용해계산하고, 빈칸에답을적어보세요. (.5 점 ) 퀴즈 1 ( 점 ) 1. 줄의한쪽끝을엔지노다리모형의오른쪽검정부분에묶는다.. 그줄을대각선에있는붉은색도르래위쪽으로넘긴후, 크랭크 ( 손잡이 ) 가붙어있는검정축대를넘긴다. 3. 줄을하단부의양쪽에있는붉은색도르래로통과시킨다. 마지막으로줄을왼쪽상단부의붉은색도르래를통과시키고엔지노다리모형왼쪽의검정부분에묶는다. 엔지노도르래 ( 점 ) (6) 대형도르래 = 60mm, 중형도르래 = 36mm 소형도르래 = 1mm. 도르래의종류 가해진힘 = 사용된힘 = 실험 [1] 과정,7 쪽 : 줄의길이가짧아졌기때문에크랭크의회전도줄어든다. 결과적으로물건을들어올리는속도는빨라진다. 관찰 1) 15 크랭크 ( 손잡이 ) 회전, 어려움, 9 크랭크회전, 쉬움 ) 과정 4, 크랭크회전 16 회, 물체를들기어려움, 과정 5, 크랭크회전 30 회, 물체를들기쉬움 3) 30 회의크랭크회전이있었던과정 5 의경우물체가천천히올려진다, 16 회의회전이있었던과정 4 의경우, 과정 5 보다물체를들어올리기어렵다. 결과적으로, 힘을얻기위해서는속도를포기해야하고, 속도를얻기위해서는힘을포기해야한다. 7 page 4) 양실험에서확인한바와같이, 우리는도르래를이용해서기계적확대율 (M.A.) 를얻을수있지만, 속도는줄어든다.. page 8
퀴즈 ( 점 ) 복합도르래를이용하면무거운물건을쉽게들수있다. 이기구는고정도르래와움직도르래로구성되어있는데, 이기구의가장좋은점은물건을드는데필요한힘을감소시키는것이다. 도르래의이용법 관찰 case 1 case ) 1 번의경우, (a) 두도르래의회전방향은똑같다. (b) 한쪽도르래에서다른한쪽으로동작이전달된다. (c) 큰도르래가작은도르래보다천천히회전한다. 3) 번의경우 (a) 큰도르래는시계반대방향으로회전할때, 작은도르래는시계방향으로회전한다. (b) 한쪽도르래에서다른한쪽으로동작이전달된다. (c) 1 번의경우와같이큰도르래의회전속도가더느리다. 퀴즈시간 연습문제 1 ( 점 ) 연습문제 (.5 점 ) 작은힘으로무거운물체를쉽게들어올릴수있는방법은그림 A 입니다. 그림 A 에서는작은생쥐가복합도르래를이용해서그림 B 에서필요한힘의 1/6 만들이고서코끼리를들어올리고있습니다. 도르래 고정위치 줄 힘 종합문제 (page 18) 한쪽의축대에서다른한쪽으로동작을전달시키기위해서는, 최소한두개의도르래와벨트전동이필요합니다. 또멀리떨어진위치로동작을전달시키기위해서는두개이상의도르래를연결시켜야합니다. 또한 X 자모양의벨트를이용하면, 회전의방향을반대로할수도있습니다. 또한가지, 두개의도르래사이에수직으로연결된축으로회전운동을전달시킬수있습니다. 속도의증가와감소 연습문제 3 (3 점 ) 무게 아르키메데스는그림 B 에나와있는복합도르래구조를이용하였습니다. 그림 A 의도르래를이용하면기계적확대율 (M.A.) 을얻을수없고, 결과적으로배를끌어당기기위해서는매우큰힘을필요로한다. 하지만, 그림 B 와같이복합도르래구조를이용하면, A 도르래를이용할때의 1/4 의힘만가지고도배를끌어당길수가있다, 하지만더욱긴길이의줄을사용해야만한다. 작은힘으로무거운물체를들어올리거나이동시키기위해서는고정된도르래와물체에직접적으로연결된이동식도르래가필요하다. 실험 4 19 쪽 : 30 크랭크 ( 손잡이 ) 회전 연습문제 4 (3 점 ) A C 관찰 1) Case 1 = 가장힘듬, 가장빠름, 7 바퀴 Case = 힘듬, 빠름, 4 바퀴 Case 3 = 가장쉬움, 가장느림, 148 바퀴 Case 4 = 쉬움, 느림, 54 바퀴 A) 같은방향으로회전한다. B) 반대방향으로회전한다. C) 같은방향으로회전한다. B 주의점 : 측정결과는조금씩다를수있지만, 전체적인실험결과는비슷하다. ) 크랭크 ( 손잡이 ) 가쉽게돌아가면, 물체는천천히들어올려진다. 크랭크가쉽게돌아가지않으면, 물체는빠르게들어올려진다. 퀴즈 4 ( 점 ) (a) 속도를더빠르게하기위해서는구동도르래의크기가종동도르래보다더커야한다. 하지만, 속도를빠르게하면, 힘이줄어든다. (b) 속도를느리게하기위해서는종동도르래의크기가구동도르래보다커야한다. 또한구동도르래로부터받아들이는힘을더욱증가시킨다. 9 page 연습문제 5 (6 점 ) A) 크기가같은두개의도르래가벨트를통해서로평행인축에연결이되어있다. 왼쪽에위치한도르래를구동도르래라고부르고, 오른쪽의도르래를종동도르래라고한다. 왼쪽도르래의회전속도와오른쪽도르래의회전속도는똑같다. B) 벨트를통해평행으로연결된각기다른지름을가진두개의도르래가있다. 작은도르래는큰도르래보다빠르게회전을한다. 큰도르래는종동도르래라고불리고, 작은도르래는구동도르래라고불린다. C) 벨트를통해평행으로연결된각기다른지름을가진두개의도르래가있다. 구동도르래 ( 큰도르래 ) 는종동도르래 ( 작은도르래 ) 보다적은회전을한다 연습문제 6 (5 점 ) 1) 축 C 는축 B 보다회전속도가느리다.. ) 번도르래와 3 번도르래의속도는똑같다. 3) 가장느리게회전하는축은 C 이다. 4) 1 번도르래가가장빠르게회전한다. 5) 속도를줄이기위한도르래구조이다. page 30
연습문제 7 (5 점 ) 종동도르래지름종동도르래지름 a) 속도비 = => = => 종동도르래지름 = x 00mm = 400mm(점 ) 구동도르래지름 00mm b) F1 = F = 5N Tinput = F1 x D1/ = 5 x 100 => Tinput = 500 Toutput = F x D/ = 5 x 00 => Toutput = 5000 OR Toutput = V.R. x Tinput = x 500 => Toutput = 5000 (points,5) 내점수는요! 얼마나많은수수께끼를맞추었나확인해봅시다. Tinput = 500 Toutput = 5000 퀴즈 1 문제배점나의점수 The System ENGINO brand name uses the same initials, honoring this fundamental and innate human characteristic which empowers us to perform astonishing technological feats. Our children are gifted with this power and through creative play they learn how to exploit it. ENGINO TOY SYSTEM is perhaps the most advanced and versatile three dimensional construction toy in the market today, offering unique opportunities for creation for both children and adults alike. The toy comprises of a system of multi-faceted rods and connectors that share some unique geometrical features that allow connectivity up to 6 sides simultaneously! 여러분의대답이해답지의답과비슷하거나똑같다면, 오른쪽의표에점수를적어넣으세요. 만약여러분의답이부분적으로정답인것같다면, 일부분의점수만적어넣으세요. 만약여러분의답이정답인지아닌지불확실하다면, 주변의어른들께채점을부탁하세요. 그다음으로오른쪽의표에있는점수를모두더한다음마지막표에적어넣으세요. 그리고여러분이도르래세계의전문가가되었는지확인해보세요. : 당신의총점 등급 1-10 초보자 11-0 아마추어 1-3 전문가 33-40 천재엔지니어 엔지노도르래 (p. 6) 퀴즈 퀴즈 3 종합문제 (p. 18) 만들어보기 (p. 18) 퀴즈 4 연습문제 1 연습문제.5 연습문제 3 3 연습문제 4 3 연습문제 5 6 연습문제 6 5 In essence, this patent-pending design transforms rods into connectors, leading to builds that may be either dense or with large openings. This feature alone enables children to build fast and easy, simple or complex models, using a very low number of different components and a much lower quantity of parts. 연습문제 7 4.5 총점 40 Copyright 010 Engino.net Ltd. All Rights Reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted by any means, electronic, mechanical, photocopying or otherwise, without the prior permissions of the publisher. 31 page