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거중기

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by

수빈 윤

on 19 December 2013

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Transcript of 거중기

거중기
탐구동기
프로젝트 주제를 찾다가 정약용에 대해 알게 되었다. 조선시대 발명품의 원리가 무엇이 있는지 탐구하려는 학생은 거의 없었고 나 역시 많이 생소한 주제였다. 그래서 정약용의 발명품인 거중기에는 어떤 원리가 있을지 탐구해보기로 했다.
탐구내용
1. 이론적 배경
2. 힘의 분산
3. 거중기 원리 공식
4. 각도에 따른 힘의 차이
5. 내가 만들어본 거중기
이론적 배경
정약용(1762 ~1836)은 영조 38년에 경기도 광주에서 태어났다. 그는 경기도 암행어사로 임명되었지만 천주교도로 몰려 귀양살이를 하게 되었다. 하지만 그는 유배기간 동안 학문을 연구하였다.
정약용의 생애
정약용의 업적
그는 마과회통과 목민심서 등 500권의 책을 저술하였다. 또한 거중기를 발명하여 수원화성을 건축하는 시간과 힘을 줄여주었다.
정약용
거중기
거중기는 수원 화성을 쌓는 데 이용된 기구로 멀리 있는 돌을 거중기 앞에 끌어다 주면 거중기가 그 돌을 들어서 높은 곳으로 올려주는 역할을 하였다.
거중기의 원리
고정도르래는 바퀴를 고정시키고 줄에 물건을 매달 수 있도록 만든 장치이다. 고정도르래는 물체를 직접 들어 올리는 것과 같은 힘이 들어 힘의 이득은 없지만 힘의 방향을 바꾸어주어 편리하다는 이점이 있다.
고정도르래
움직도르래
움직도르래는 줄을 고정시키고 바퀴를 이동하게 한 뒤 그 바퀴에 물건을 매달 수 있도록 만든 장치이다. 물체를 직접 들어 올릴 때보다 힘의 크기가 반으로 줄어드는 이점이 있다.
복합도르래
움직도르래로는 물체를 드는데 드는 힘을 줄여주고 고정도르래로 방향을 바꿔서 힘을 최대한으로 이용할 수 있게 만들어 준 것이다.
힘의 분산
힘의 분산은 힘점이나 작용점이 두 개 이상인 때를 말한다. 힘점이 두 개 이상일 때는 각각의 힘점은 필요보다 반절의 힘만 있으면 된다.
그림에서 붉은색으로 표시한 부분이 힘점이다. 움직도르래의 힘점은 2개이고 고정도르래의 힘점은 한 개 뿐이다. 그러므로 고정도르래는 힘의 크기가 전혀 줄어들지 않고 움직도르래는 사람 2명이 물체를 함께 드는 힘을 낸다.
힘의 분산과 움직도르래의 관계
거중기 원리 공식 탐구
내가 조립한 거중기
용수철 2개, 거중기, 무거운 물체, 자
탐구 준비물
탐구 방법
① 용수철에 무거운 물체를 매단다.
② 용수철이 늘어난 길이를 자로 측정한다.
③ 거중기에 물체를 매달고 연결한 실을 움직도르래 2개에 걸친다.
④ 용수철을 실에 연결 시켜서 양쪽으로 잡아당긴다.
⑤ 두 개의 용수철이 늘어난 길이를 측정한다.
⑥ 움직도르래의 개수를 늘려가면서 각각 용수철의 늘어난 길이를 측정한다.
용수철 A의 길이 - 10cm
용수철 B의 길이 - 9.9cm
물체를 매단 용수철 A의 길이 - 30cm
늘어난 길이 - 20cm
실험 내용
움직도르래 2개
용수철 A의 길이 - 13.8cm
용수철 B의 길이 - 12.2cm

움직도르래 4개
용수철 A의 길이 - 10.6cm
용수철 B의 길이 - 10.5cm

움직도르래 6개
용수철 A의 길이 - 10.1cm
용수철 B의 길이 - 10cm
도르래의 개수에 따른 힘의 크기
실험결과
움직도르래가 2개인 경우
힘이 분산 되는 수
움직도르래가 4개인 경우
정리
결론
함수로 나타내기
각도에 따른 힘의 크기 차이
탐구 준비물
용수철 2개, 거중기, 무거운 물체, 자
탐구 방법
각도에 따른 힘의 크기
실험 결과
결론
내가 제작해본 거중기와 효과
거중기의 기능을 향상시킬 수 있는 조건
① 힘의 분산은 움직도르래에서 일어난다
② 움직도르래의 개수가 많을수록 힘이 줄어든다
③ 평각에 가까울수록 힘이 적게 든다
세부적인 계획
① 찰흙으로 만든 도르래 바퀴를 준비한다.
② 두꺼운 종이에 구멍을 내고 거중기에 끼울 홈을 낸다.
③ 종이를 거중기에 끼우고 2개의 종이 사이에 바퀴를 끼운다.
④ 바퀴를 끼운 두꺼운 종이를 접착제로 고정시킨다.
⑤ 같은 방법으로 바퀴를 여러 개 붙인다.
① 움직도르래의 개수 6개 증가
② 마찰력을 최대한 줄일 수 있도록 가는 낚싯줄을 사용함
탐구 방법
① 용수철에 무거운 물체를 매단다.
② 용수철이 늘어난 길이를 측정한다.
③ 거중기에 물체를 매달고 연결한 낚싯줄을 움직도르래 4개와 고정도르래 4개에 걸친다.
④ 용수철을 낚싯줄에 연결 시켜서 아래쪽으로 당긴다.
⑤ 두 개의 용수철이 늘어난 길이를 측정한다.
⑥ 낚싯줄을 내가 추가 시킨 도르래에도 걸친다.
⑦ 용수철이 늘어난 길이를 측정한다.
실험 내용
용수철 A의 길이 - 10cm
용수철 B의 길이 - 9.9cm
물체를 매단 용수철 A의 길이 - 30.7cm
늘어난 길이 - 20.7cm
원래 거중기의 힘의 크기
용수철 A의 길이 - 13.7cm
용수철 B의 길이 - 13.8cm
내가 제작한 거중기의 힘의 크기
용수철 A의 길이 - 11.9cm
용수철 B의 길이 - 12.5cm
실험 결과
정리
내가 제작한 거중기가 힘이 적게 들었다.
원래 거중기의 움직도르래의 개수 : 4개
내가 제작한 거중기의 움직도르래의 개수 : 10개

물체의 원래 무게 - 20.7
원래 용수철이 늘어나야 할 길이
원래 거중기
원래 거중기는 원래 힘이 1.3 밖에 안 들어야 하지만, 아래로 당긴 마찰력으로 인해 힘이 7.6정도 들었다.
내가 제작한 거중기
직접 제작한 거중기는 원래 0.02 밖에 힘을 안 들여야 했지만 도르래의 개수가 늘어남으로 인한 마찰력과 움직도르래의 면에 반밖에 낚시줄이 닿지 않아 움직도르래를 제대로 사용하지 못했다. 그 결과 힘이 4.5정도 들었다.
효율성 계산
원래 거중기
내가 제작한 거중기
결론
내가 제작한 거중기가 힘은 적게 들지만 움직도르래의 개수에 비해 원래의 거중기보다 효율적이지 못하다.
종합 결론
거중기 원리 공식 탐구
움직도르래의 관계식을 얻을 수 있었다.
움직도르래의 함수관계식 얻을 수 있었다.
각도에 따른 힘의 크기 탐구
힘이 적게 드는 각도를 알아 낼 수 있었다.
내가 제작한 거중기 탐구
내가 제작한 거중기 효과를 알아낼 수 있었다.
기타 알게 된 점
이 프로젝트를 통해서 거중기에 대해 많이 알게 되었고, 정약용 선생님께서 만드신 거중기는 움직도르래의 힘이 효율적으로 이용될 수 있도록, 그래서 낭비가 없도록 개수를 맞추신 것이라는 것을 다시 한 번 제대로 알게 되었다.
반성 및 제언
거중기를 효율적으로 제작하지 못한 것이 많이 아쉬웠고, 앞으로도 거중기를 어떻게 하면 효율적으로 제작할 수 있을지 생각해 봐야겠다.
참고 문헌
거중기와 도르래 관련 설명 - 지식백과
정약용의 업적과 생애, 힘의 분산 설명 - 지식iN
정약용, 거중기, 도르래 그림 - 네이버 이미지
미니 거중기 조립 세트 - 아빠와 함께 거중기
감사합니다
탐구 준비물
용수철 2개, 내가 제작한 거중기, 무거운 물체, 자
1학년 2반 윤수빈
물체가 늘어난 길이 - 20cm
물체가 늘어난 길이 - 20.7cm
계산 식 - (원래 용수철이 늘어나야 할 길이) ÷ (용수철이 늘어난 길이)
움직도르래가 힘을 줄여주는 원리
거중기에 복합도르래를 사용한 이유
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