앗, 귀신의 장난인가? 춤추는 시계

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“틱…, 틱…, 틱…, 틱….”
으~, 으악~! 시계의 톱니바퀴가 건전지도 없이 혼자 돌아가고 있어요. 어…, 어떻게 된 거죠?
설마 정말 귀신이 시계 바늘을 돌리고 있다면…. 으아악, 무서워요. 섭섭박사님 도와 주세요!

춤추는 시계의 비밀은 무엇?


내~ 모습이~, 보이니~.

박사님~. 저…, 정말 무서워요. 어떻게 시계의 톱니바퀴가 혼자 돌아가는 거죠?

그건 귀신이 톱니를 돌리며 장난치고 있어서라고.

섭섭박사님! 그만하세요!

하하. 미안, 미안. 톱니바퀴가 혼자 돌아가는 이유는 바로 숨겨진 힘 때문이란다.

숨겨진 힘이요? 시계에 건전지를 넣지도 않았고, 제가 실을 당기지도 않았는데 도대체 힘이 어디에 숨어 있다는 거예요?
상진아, 혹시 ‘중력’에 대해 들어 봤니?

당연하죠~. 저는 과학을 가장 좋아한다고요. 중력은 지구가 물체를 당기는 힘이잖아요.
뉴턴이 떨어지는 사과를 보고 만유인력을 생각해 냈대요.
아주 잘 아는 구나. 만유인력은 두 물체가 서로 당기는 힘을 말한단다. 지구와 상진이도 만유인력 때문에 서로 당기고 있지. 이 중 지구가 지구 '중심'으로 물체를 당기는 힘을 중력이라고 해. 물체는 지구 보다 훨씬 작아 당기는 힘이 무시할 정도로 작기 때문이란다.
'춤추는 시계'에도 중력이 숨어 있어. 함께 찾아볼까?


중력이 만드는 톱니바퀴 댄스~!

‘춤추는 시계’의 무거운 추에 중력이 숨어 있어.
추가 작아도 꽤 무겁지? 우리가 느끼는 무게가 바로 지구가 물체를 당기는 힘, 바로 중력이란다.
자, 춤추는 시계를 함께 만들어 볼까?


 
준비물▶우드락 도면(톱니바퀴 2개, 바닥판, 지지대 등),
사각고무, 고무링, 나사, 구슬, 실, 나무막대, 추, 고리걸개


 
❶ 바닥판에 톱니를연결한다.
❷ 나무막대에 긴 실을 꿰어 묶는다.
❸ 지지판을 조립한 뒤 나무막대를 끼운다.
❹ 시침 끝에 구슬추를 감는다.
❺ 금속추를 고리에 끼워 지지판 나무막대에 연결된 실에 연결한다.
❻ 시침을 돌려 지지판 속 나무막대에 금속추가 걸린 실이 감기도록 한다.

자, 이제 금속추를 자연스럽게 놔 보자. 중력에 의해 바닥으로 떨어질거야.

우와~, 금속추가 내려가면서 톱니바퀴가 돌고, 위에 연결된 구슬추도 돌아요.

상진이의 탐구노트


 
❶ 금속추를 더 많이 달아 보자. 금속추를 많이 달수록 무거워진다. 이것은 춤추는 시계에 작용하는
중력이 커졌다는 것을 의미한다.
❷ 중력이 커지면 시침은 어떻게 움직일까?

춤추는 시계에 숨겨진 또 다른 비밀은?

그런데 춤추는 시계가 일정한 시간을 알려 주는 데는 금속추 뿐 아니라 나무 막대에 실을 걸리게 하는 구슬추도 중요한 역할을 하는 것 같은데요?
아주 잘 봤구나! 춤추는 시계에 ‘원심력’이라는 힘도 작용한단다. 원심력은 빙글빙글 도는 물체가 밖으로 튀어나가려는 힘이야. 상진이도 빠르게 도는 놀이기구를 탈 때 몸이 바깥으로 튀어나가려고 했던 것 기억할거야.

맞아요. 그래서 안전벨트를 꼭 하라고 했던 안전요원의 말이 기억나요.

춤추는 시계에서도 실에 달린 구슬이 돌면서 바깥으로 튀어나가려고 하지만 실이 안전벨트처럼 구슬을 잡고 있단다. 하지만 나무막대를 만나면 실이 꺾이면서 막대에 감기지. 그 결과 춤추는 시계가
한 바퀴 돌때마다 한 번 막대에 감기며 일정한 시간을 지키게 된단다.


 
생각해 봅시다

1. 춤추는 시계에 있는 톱니바퀴 2개의 톱니 수를 세어 봅시다.
작은 톱니바퀴가 한 바퀴 돌때, 큰 톱니바퀴는 몇 바퀴를 돌아야 할까요?
2. 구슬을 달고 있는 실의 길이를 재 봅시다. 실이 지금보다 짧거나 길어지면 춤추는 시계가 움직이는
시간이 어떻게 변할까요?


 
상진아, ‘춤추는 시계’가 더 이상 무섭지 않지? 혼자 움직이는 것 처럼 보이지만 사실은 중력과 원심력이라는 힘이 숨어있었단다. 이제 ‘춤추는 시계’와 춤을 춰 볼까~!
섭섭박사님은 몸치로군요~!

참여독자 : 박상진(서울 신답초 2)

글 : 최새미 기자
사진 : 최새미 기자
사진 : 동아일보
어린이과학동아 2012년 15호


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