자석의 힘으로 끝없이 돌아가는 팽이

이번 편에서는 그야말로 전형적인 과학 장난감이라 할 수 있는 신기한 현상을 감상할 수 있는 과학 장난감을 소개해 보겠습니다. 아이들이 좋아하는 소재 중에 하나인 팽이를 이용하여 자기 유도현상을 배울 수 있는 무한 회전 팽이 장난감으로 소개해 보려고 합니다.

멈추지 않는 팽이의 신기함을 뽐내는 완구

아이들은 경험을 통해서 장난감이 팽이가 신나게 돌다가도 마찰력과 중력의 영향으로 인해(과학적 원리까지는 모를 수 있겠지만) 언젠가 회전을 멈추고 쓰러진다는 것을 알고 있습니다. 그런데 멈추지 않고 바닥에서 하루, 이틀 넘게 돌아가는 팽이가 있다는 사실만으로도 아이들의 관심을 받을 수 있기 때문에 효과적인 아이들의 과학 홈스쿨링 소재가 될 수 있을 것입니다.

이번에 소개할 멈추지 않는 무한 회전 팽이는 바로 전자석과 전동기 모터의 원리를 배울 수 있는 내부 구조를 가지고 있습니다. (과학장난감 전문 쇼핑몰 에듀엔토이에서 구입하여 홈스쿨링에 이용해 보았습니다) https://smartstore.naver.com/eduntoys/products/7193042486?NaPm=ct%3Dldrdolow%7Cci%3D54439b6b65dc298856ee32eca049697a290e0bd4%7Ctr%3Dsls%7Csn%3D6825294%7Chk%3D364eec8cd42ec0ad9a8e32a79bd8069775983993

자석 팽이 아래에는 코일이 감긴 전기 회로가 들어 있는데 여기에 건전지를 연결하면 전자석이 되는 형태의 장난감입니다. 전기 회로에 연결된 코일은 전기가 흐르면 자성을 띠게 되는데 이렇게 전자석이 만들어지는 것입니다. 자기장을 가지고 있는 코일에 자석의 같은 극이 가까이 다가가면 서로 밀어내려고 하는 힘이 작용하기 때문에 팽이를 밀어내는 힘이 팽이를 계속(건전지의 전류가 다 없어질 때까지) 돌아가게 만드는 원리를 가지고 있습니다.

무한회전 무제한 계속 돌아가는 전자석 팽이 : 에듀엔토이 eduntoy

실제로 모터의 작동 원리를 이용한 이 장난감 외에도 자석을 이용한 장난감은 많지만(향후에 이것에 관해서도 소개해 드릴 예정입니다) 신기함이 배가된 이 장난감이 학습 동기 부여 차원에서 보다 효과적일 수 있다고 생각합니다.

 

아이들은 초등학교 6학년 과학 시간에 전자석에 대해 배우면서 전자석을 만들면 전기에서 자기장이 나오는 것을 배우게 되는데 이 즈음에 이 과학 장난감으로 홈스쿨링을 하게 되면 전자석의 다양한 쓰임 외에 완구로 적용된 사례를 더 알게 될 것입니다. 생활 속에서 실제로 전자석과 자석이 움직임을 만들어 내는 과정을 이용하여 전동기, 모터가 만들어진다는 것을 알게 하면 아이들에게 도움이 됩니다. 물론 6학년 아이가 아니라 더 미리 접하게 하더라도 과학 장난감은 충분히 활용할 만한 가치가 있습니다. 이때에는 전자석 개념이 아니라 자석의 같은 극끼리 밀어낸다는 점에 집중하여 자석의 물성에 대해 탐구할 수 있으니까요.

왜 움직일까 하는 질문과 답을 찾는 과정이 중요

홈스쿨링을 시작하기 전에 반제품이 원판 속 구조와 원판 뚜껑, 그리고 아기자기한 자석 팽이를 관찰하게 하고 어떻게 하면 될지 조립방법을 아이들에게 예상하게 합니다. 이때 건전지를 끼워야 하는 연결부를 보고 나면 아이들이 건전지에 의한 전류로 움직이게 되지 않을까 예상하는 경우가 많습니다. 이렇게 다른 예상을 하더라고 아이들의 질문을 경청한 다음 조립을 하고 나서 팽이를 손으로 가볍게 돌려주면 팽이가 작은 굉음을 내며 회전하는 것, 그리고 그 회전이 일정한 탄력을 받으면 계속 돌아가는 결과를 재미있게 관찰할 수 있습니다.

 

그러고 나서부터가 중요한 과정입니다. 왜 팽이가 멈추지 않고 도는 것일지 스스로에게 질문을 던지게 하고 그 답을 찾도록 하는 과정이 시작되는 것입니다. 전자석에 대해서 알더라도 쉽게 답을 하지는 못할 수도 있습니다. 그렇지만 그 질문에 대해서 스스로 답을 찾도록 연결되는 질문을 던지고, 필요에 따라서는 참고서나 백과사전, 인터넷 등을 통해서 관련 자료를 조사하게 만드는 것도 도움이 됩니다.

그리하여 코일이 감긴 전기 회로가 자석의 역할을 하고 팽이의 자석과 서로 밀어내면서 팽이의 회전을 계속 유도한다는 결론을 찾고, 더 나아가 생활 속에서 전동기 모터가 어떻게 작동하는지 그 원리도 함께 찾아내고 서로 가진 공통점을 찾아낸다면 전자석 혹은 자석의 원리에 대해 진지하게 탐구하는 좋은 기회가 될 것입니다.

 

사실 이 과학 장난감에는 전동기 모터의 원리 외에도 자석, 전기회로, 회전체 등 많은 과학 원리가 들어 있기 때문에 이 장난감 완구에 관심을 깊이 가지는 아이가 있다면 '팽이는 왜 돌아가다가 쓰러질까?' '건전지는 어떻게 전류를 흐르게 하는 걸까?'와 같이 다양한 명제를 주고 대화와 탐구를 이어 나갈 수 있는 가능성도 있어 활용 가치가 높다고 생각합니다.