힘의 평형

준비물
널판지, 나무토막, 양팔저울, 추, 앉은뱅이저울
목적
1. 시소로 힘의 평형을 이루어보자.
2. 양팔저울과 앉은뱅이저울의 원리와 그 차이점을 알아보자.
2. 양팔저울과 앉은뱅이저울의 원리와 그 차이점을 알아보자.
실행과정
실험 1. 시소로 힘의 평형 이루기
1. 몸무게가 같은 두 학생이 시소를 탄다.
2. 어느 쪽으로도 기울지 않고 수평을 이루도록 한 후, 시소 중심에서 두 사람까지의 거리를 각각 재어본다.
실험 2. 양팔저울의 원리
2. 어느 쪽으로도 기울지 않고 수평을 이루도록 한 후, 시소 중심에서 두 사람까지의 거리를 각각 재어본다.
실험 2. 양팔저울의 원리
1. 양팔저울의 왼쪽 접시에 지우개를 놓는다.
2. 오른쪽 접시에 추를 올려놓아 저울이 수평을 이루도록 한다.
3. 이때 추의 무게를 측정하여 지우개의 무게를 안다.
4. 지우개 2개를 올려놓고 위 과정을 반복한다.
실험 3. 앉은뱅이 저울의 원리
2. 오른쪽 접시에 추를 올려놓아 저울이 수평을 이루도록 한다.
3. 이때 추의 무게를 측정하여 지우개의 무게를 안다.
4. 지우개 2개를 올려놓고 위 과정을 반복한다.
실험 3. 앉은뱅이 저울의 원리
1. 앉은뱅이저울을 양쪽에서 두 사람이 같은 힘으로 밀어본다.
2. 저울이 어느 쪽으로도 기울지 않고 평형을 이루는 것을 확인하고 그 이유를 생각해본다.
2. 저울이 어느 쪽으로도 기울지 않고 평형을 이루는 것을 확인하고 그 이유를 생각해본다.
시소놀이를 할 때 몸무게가 비슷한 사람은 받침대로부터 같은 거리에 앉아야 수평이 이루어진다. 반면 몸무게가 차이날 때는 가벼운 사람은 바깥쪽에, 무거운 사람은 안쪽에 앉아야 수평이 이루어진다는 것은 누구나 경험으로 알고 있을 것이다.
널빤지와 받침대로 만든 모형으로 시소의 원리를 알아보자. 널빤지의 한가운데를 받침대 위에 올려놓아 널빤지가 수평이 되도록 한 다음 양쪽에 나무토막을 올려 놓는다. 이때 나무토막의 수가 적을수록 받침대로부터의 거리는 멀어지고 나무토막의 수가 많을수록 받침대로부터의 거리는 가까워진다.

오른쪽 짐의 무게 * 받침대로부터의 거리 = 왼쪽 짐의 무게 * 받침대로부터의 거리
와 같은 관계가 성립된다. 이 관계만 만족시킨다면 코끼리와 고양이도 시소 위에서 평형을 이루며 사이좋게 놀 수 있다.
시소의 원리를 응용한 양팔저울로 물체의 무게를 재어보자. 양팔저울의 한쪽 접시에는 무게를 재려는 물체를 두고 다른 쪽 접시에는 기준이 될 물체, 즉 추를 올려놓아 수평을 이루게 한다. 수평을 이룰 때의 추의 무게가 바로 그 물체의 무게와 같다는 원리로 물체의 무게를 측정하는 것이다.
실제 양팔저울을 사용할 때는 1그램, 5그램, 10그램, 50그램, 100그램 짜리 추를 사용한다.
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