종이 한 장이 견딜 수 있는 무게

 

 

 

   종이는 얇고, 쉽게 구겨지며, 찢어질 정도로 약하다. 그러나, 종이도  접거나 모양을 변형시키면 결과가 달라질 수 있다. 한 장의  평범한 종이를 세우는 것은 힘이 들지만 한 번 접은 종이는 세우기 쉬워진다. 

    이처럼 여러 가지 방법으로 모양을 바꾸어 보는 시행착오를 통하여 새로운 발견을 시도하도록 한다.

 

목  적 : 구조물의 모양에 따라 무게를 견디는 힘이 다름을 안다.

 

준비물 : A4용지 한 장, 나무젓가락, 받침대, 100원짜리 동전

 

방  법 :

①  먼저 다음과 같은 방법으로 시도해 본다. 종이를 접는 방법에 따라서 같은 종이가 견디는 힘은 다르다. 어떻게 접으면 가장 큰 힘을 견딜까? 100원짜리 동전을 하나씩 쌓아 확인해 보자.

 

 

②  A4용지 한 장으로 물이 가득 든 종이컵을 들어올리려면 어떻게 하면 될까?

③  종이로 만드는 아치다리

∙  34×23cm용지에 그림과 같이 실선(사선)과 점선(수평선)을 긋고 실선은 산 모양, 점선은 계곡모양이 되게 접는다.

   (가로 6등분, 세로 8등분)

∙  접은 종이의 산 부분은 나오게, 계곡모양은 들어가게 볼펜의 끝 부분을 이용하여 접어서 아치 모양이 되게 한다.

∙  접은 종이 아치 위에 나무젓가락을 2개 붙이고 받침대 위에 종이 아치를 고정하고,  책을 한 권씩 올려놓아 지탱할 수

   있는 최대 무게를 측정한다.

 결 과

①  트러스트 모양이 가장 견고하여 가장 많은 수의 동전을 견딘다.

②  종이를 그림과 같이 접어서 한쪽을 들고, 물 컵을 올려놓으면 된다.

③  7.1g의 종이아치로 2.3Kg의 무게를 견딜 수 있다.

 

원 리

①  돌다리는 흔히 반달 모양의 구조인 아치형으로 되어 있다. 아치형 다리는 다리가 받는 힘을 한 곳에 집중시키지 않고 분산시킬 수 있기 때문에 견고한 것이다. 이런 아치 형태는 우리 주변에서도 찾을 수 있는데, 달걀의 경우도 마찬가지다. 달걀은 밖에서 눌러서는 깨기가 어려운데, 달걀을 누르는 힘 역시 다른 곳으로 분산되기 때문이다. 반대로 달걀 속에 있는 병아리는 쉽게 깨고 나오는데, 이것은 힘이 분산되지 않기 때문이다.

 

②  트러스 형식이 널리 사용되는 까닭은 간단하면서도 역학적으로 이해하기가 쉽다는 장점 때문이다.

     또한 삼각형 구조는 외력이 작용할 때 가장 안정한 구조물이기도 하다.

     수수깡으로 삼각형, 사각형, 그 외 다각형 구조물을 만들어보자. 

     물론 연결부는 우리가 흔히 쓰는 핀으로 하면 외력이 작용할 때 사각형 이상의 다각형은 쉽게 변형되지만

     삼각형만은 잘 버틴다.  사진처럼 삼각형을 만들어 보자. 그 다음 삼각형 구조물을 손에 들고 구조물과 평행을

     이루는 방향으로만 힘을 가해 본다. 아무리 힘을 가해도 모양이 변하지 않는다.

 

③  이제는 사각형을 만들어 보자.  앞에서와 마찬가지로 구조물에 평행을 이루는 횡력을 가해 보자.

 이번엔 쉽게 모양이 바뀐다. 볼트를 네 개나 꽂은 사각형이 더 튼튼할 것 같았는데 금방 변형이 된다.

이제 여러 모양으로 바꾸어 보자.

 

④  육각형을 만들어 똑같은 실험을 해보자. 벌집 구조가 이 모양이라 튼튼할 것 같이 생각된다.

그러나 사각형보다 더 심하게 모양이 변한다.

 

⑤  이번에는 X 자형을 만들어 보자. 먼저 두 개의 프레임을 가지고 X를 만들어 힘을 주어 보자.

아주 쉽게 모양이 변하는 것을 알게될 것이다. 그 다음 사진처럼 양옆으로 하나씩 프레임을 더 연결해

준다. 다시 한 번 힘을 주어 보면 이번에는 모양이 변치 않는다. 왜 그럴까? 처음 조립했던 삼각형을 잘 생각해보면 해답을 추리할 수 있을 것이다. 이 구조물을 살펴보면 삼각형 두개로 이루어져 있다는 것을 알 수 있다. 바로 이 점이 해답의 열쇠이다. 안정된 두 삼각형으로 합쳐진 형태이므로 이 구조물도 튼튼한 것이다.