동전이 자동 회전하는 신기한 저금통

필자인 제게 주위의 학부모님이 간혹 질문을 할 때가 있습니다. 그것은 바로  "과학 장난감 중에 체험이 쉽고 즐거운데 원리가 어려운 장난감과 원리가 적당한데 체험이 재미없는 장난감 중에 어떤 게 홈스쿨링에 더 효과적일까요?"라는 질문입니다. 그럴 때 저는 원리가 어렵더라도 체험이 쉽고 즐거운 장난감이 좋다고 늘 대답을 드리곤 합니다.  체험이 재미있다면 학습할 지식과 원리가 어렵더라도 계속 탐구할 수 있는 동기 부여가 될뿐더러, 우리 생활 속에서 해결해야 하는 일상의 문제들도 쉽게 풀리지 않더라도 해결책을 찾는 것이 바로 문제해결력 훈련이 될 수 있기 때문에 이런 대답을 드리는 것입니다.

이런 면에서 오늘 소개할 과학 장난감은 아주 구체적인 메커니즘까지는 분석하기 어렵더라도 아이들의 시선을 대번에 잡아끄는 신기함과 즐거움이 있고, 또 저금하는 습관 형성에도 영향을 미치는 저금통 장난감입니다.

탄성과 바닥면 설계가 조화된 동전 회전 쇼

필자가 몇 년 전에 국내의 과학 장난감을 수집하는 과정에서 외국에서 수입한 이 장난감을 처음 보았을 때 어른인 저도 신기해서 몇 번을 반복해서 체험했던 기억이 납니다. 이 저금통은 외관이 화려하거나 그런 것은 전혀 없지만 저금통 입구로 동전을 넣으면 동전이 저절로 회전을 하는 퍼포먼스에 탄복을 하게 됩니다. 어찌 보면 초등학생 아이 대상의 과학 원리 이상의 지식으로 설계되었을 것으로 예상되는 장난감이지만 그럼에도 아이들에게 물리학적인 물음표를 줄 수 있는 장난감이기 때문에 소개하게 되었습니다.

과학 장난감이 작동하는 메커니즘은 다음과 같습니다. 투명한 원통 저금통 가운데에는 낙하하는 동전이 닿는 기둥이 있고 이 기둥 위에는 원판이 있는데 수평을 이루지 않고 비스듬하고 오목한 곡면을 이루고 있습니다. 한편 저금통의 동전 투입구에는 동전이 쉽게 들어가지 않고 힘을 주어야 그제야 저금통 속으로 튕겨지듯 들어갑니다. 왜냐하면 동전 투입구 빈틈의 한쪽 끝을 얇은 고무 재질(고무 재질과 같이 탄성이 있는 플라스틱)의 막이 감싸고 있기 때문입니다.

이렇게 탄성에 의해 운동에너지를 가진 동전이 바닥 원판에 세로로 떨어지는 순간 곡면에 의해 동전이 튕기지 않고 가로로 회전을 시작하고 운동에너지를 가진 동전이 한참을 회전하게 되는 것입니다. 

회전 과정에 대한 추론이 중요한 과학 교구

아이들에게 이러한 작동 원리를 추론하게 하는 것이 이 과학 장난감으로 하는 홈스쿨링이 되도록 관찰을 아이와 함께 반복하면서 대화를 이어가도록 해 주세요. 이 동전 회전 저금통은 아래 바닥면을 쉽게 열 수 있도록 하여 과학적 호기심을 가진 아이가 동전 하나만 있어도 반복적으로 체험할 수 있도록 하였는데 재미있는 것은 동전의 크기에 따라 성공률이 다르다는 것입니다. 우리나라 동전 중에서는 100원짜리 동전이 가장 회전이 잘 일어나는 것을 확인하였습니다.

500원 동전은 투입 시에 힘이 많이 들어가 동전이 좌우로 비틀거리면서 균형을 잃게 되고, 50원이나 10원 동전은 크기가 작아 투입구에서 탄성을 적게 받아 운동에너지를 많이 가지지 못하고 투입되면서 오래 돌아가지 못하는 것입니다. 이 장난감은 사실 외국에서 수입된 제품이라서 사실 우리나라 동전에 정확히 맞게 설계되지는 않았지만 아마도 자국의 동전 중에서 우리나라 100원짜리 동전과 유사한 크기의 동전을 모델로 하여 설계되지 않았을까 합니다.

아무튼 아이들과 이 저금통을 가지고 탐구를 하는 홈스쿨링 과정에서도 위에서 말한 회전하는 까닭과 회전하는 과정에 대한 추론을 가지고 체험 보고서를 쓸 수 있도록 충분히 대화를 하면서 아이들이 자기가 운동에너지와 탄성에 대해서 얼마나 잘 이해하고 설명할 수 있는지 자각하게 하는 한편, 여러 가지 동전에 따라 성공률이 달라지는 결과에 대해서도 여러 번 반복하면서 횟수에 따라 통계를 내면서 표나 그래프를 이용하여 통계 결과를 보고서에 함께 기록한다면 체계적인 연구의 훈련이 되지 않을까 생각합니다.

아울러 생활 속에서 회전을 유도하는 장치나 도구에는 어떤 것이 있는지도 관련 자료를 리서치하면서 함께 알아보면 동전 저금통 하나로도 매우 풍부한 보고서 결과물이 나올 것입니다.

공교롭게 동전을 이용한 과학 장난감이  몇 가지 더 있기도 한데 차후에 기회가 되면 그 장난감들에 대해서도 소개를 해 드릴까 합니다.