KR100535246B1

KR100535246B1 - 다용도 물리 실험장치

Info

Publication number: KR100535246B1
Application number: KR10-2003-0091296A
Authority: KR
Inventors: 류승제
Original assignee: 류승제
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-12-09
Also published as: KR20050059603A

Abstract

본 발명은 고학년의 학생들을 위한 다용도 물리 실험장치에 대한 것으로, 발명의 주된 목적은 마찰실험, 구름상태실험, 빗면이동실험, 위치에너지 및 이동에너지 실험 등 많은 종류의 실험을 모두 실시할 수 있는 다목적 실험장치를 제공하고자 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 레일부재의 측편에 자석을 구비하여 자석칠판에 착탈시킬 수 있도록 하므로써 교사용으로 사용할 수 있도록 하는데 있으며, 또 다른 한편으로는 레일부재의 눈금을 Cm 및 대비눈금을 구비하고, 길이방향으로 이동가능한 눈금 지시바늘을 다수 구비하므로써 실험치의 대비판단이 더욱 용이하도록 하는데 있다.

뿐만 아니라 레일부재의 기울기를 손쉽게 조절할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있으며, 그 외에도 대상물체의 구조를 개선하여 충격시 또는 이동시 마찰저항이 일정하게 작용하여 실험결과가 보다 더 정확해질 수 있도록 하고, 수레의 구조를 개선하여 유동없이 정확한 구름 이동이 가능하고, 탄성 제공을 위한 고무줄의 장전이 용이하도록 하는데도 목적이 있다.

상기 목적한 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 임의의 길이로 압출성형된 알루미늄 재질로서 상측으로 가이드홈(11)이 형성되어 U자형 단면을 가지며, 중단부분에 속력제공수단(12)을 가지는 레일부재(10), 상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에 내재되어 그 길이 방향으로 습동할 수 있으면서 좌, 우 양측면에 탄성슬립수단(21)을 좌, 우 양측에 전, 후 한 쌍씩 보유하는 대상물체(20), 상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에 내재되어 그 길이 방향으로 구름이동할 수 있도록 바퀴(39)를 가지면서 상기 레일부재(10)의 상면에 구비된 속력제공수단(12)에 의해 이동하는 수레(30), 상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에서 가장 후단에 구비한 타임 기록수단(40), 상기 레일부재의 후단면에 고정된 지지폴(51)과, 그 폴의 상단에서 회전 가능한 휠(52)로 이루어진 도르레(50), 그리고 상기 레일부재의 일측 측면에 고정한 관통부재(61)와, 상기 관통부재(61)의 구멍 속으로 끼워질 수 있는 ㄱ자형 봉재(62)와, 상기 봉재(62)를 고정하기 위해 상기 관통부재(61)상에 구비한 조절나사(63)로 이루어지는 기울기 조절수단(60)을 포함하여 구성하는 것이다.

Description

다용도 물리 실험장치{DEVICE FOR EXPERIMENT IN PHYSICS}

본 발명은 고학년의 학생들을 위한 다용도 물리 실험장치에 대한 것으로, 더 상세하게는 레일을 포함한 전체 구조를 자석칠판에 착탈 시킬 수 있도록 하고, 그 레일의 기울기 조절이 용이하게 하며, 수레의 이동을 위한 장전이 용이하고, 물체의 이동거리가 정밀하게 작동하며, 이들 수레 및 물체의 이동거리 측정이 용이하도록 하는데 특징이 있는 것이다.

일반적으로 학생들이 물리과목의 운동에너지 및 위치에너지에관한 실험을 하는 교구로서 마찰실험기, 구슬실험장치, 빗면실험장치, 운동에너지 실험장치와 같은 것들이 있다.

상기 마찰실험기는 지지다리의 각도를 변경할 수 있는 경사레일과, 상기 레일의 내부에 올려 놓을 수 있는 목재물체, 고무물체, 합성수지재물체 등을 구비하는 것이고, 구슬 실험장치는 역시 지지다리의 각도를 변경할 수 있는 챤넬부재와, 상기 챤넬부재의 홈에 올려 놓고 구름 상태를 확인할 수 있는 쇠구슬, 그리고 상기 쇠구슬의 통과 상태를 측정하기 위한 디지털 초시계 등을 구비한다.

또 한, 빗면 실험장치는 경사지게 설치하는 경사레일과, 이 레일의 안쪽에 올려 놓고 구름 상태를 관찰하기 위한 수레와, 상기 수레의 후단에 매달아 놓은 기록지와, 상기 기록지에 구름 상태에 따른 표식을 하는 타이머기구로 이루어 지며, 운동에너지 실험장치는 수평상태의 레일부재와, 상기 레일부재의 중단에 올려 놓는 대상물체와, 상기 대상물체에 이동시 충격을 가할 수 있도록 바퀴를 가지는 수레와, 상기 수레의 이동 동력을 제공하기 위한 스프링 또는 고무줄로 이루어 진다.

상기와 같이 소개한 종래의 실험장치들은 각각의 목적한 바에 따른 실험만을 할 수 있을 뿐 서로 다른 목적을 실험을 하기에 적합하지 못하다.

특히, 각각의 목적하는 바를 실험하는데 있어서도 다음과 같은 문제점이 지적된다.

즉, 테이블 위에 올려놓고 사용할 수 밖에 없기 때문에 한 교실의 전체 인원이 모두 한꺼번에 관찰할 수 없다.

또 한, 물체를 경사레일의 내부에 올리고 그 이동에 관한 실험을 할 때 구간 별로 마찰의 크기가 일정하지 않아 실험치가 정확하지 못한 단점이 있다.

그리고 또, 경사레일의 기울기를 조절하기에 용이하지 못하고, 전체 길이에 걸쳐 Cm의 눈금만이 있기 때문에 물체 또는 수레의 이동 거리를 대비판단할 수 있는 비교눈금이 없어 실험이 번거로운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해결 보완하고자 안출한 것으로, 발명의 주된 목적은 마찰실험, 구름상태실험, 빗면이동실험, 위치에너지 및 운동에너지 실험 등 많은 종류의 실험을 모두 실시할 수 있는 다목적 실험장치를 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적한 바를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성수단은 임의의 길이로 압출성형된 알루미늄 재질로서 상측으로 가이드홈이 형성되어 U자형 단면을 가지며, 중단부분에 속력제공수단을 가지는 레일부재, 상기 레일부재의 가이드홈 상에 내재되어 그 길이 방향으로 습동할 수 있으면서 좌, 우 양측면에 탄성슬립수단을 좌, 우 양측에 전, 후 한 쌍씩 보유하는 대상물체, 상기 레일부재의 가이드홈 상에 내재되어 그 길이 방향으로 구름이동할 수 있도록 바퀴를 가지면서 상기 레일부재의 상면에 구비된 속력제공수단에 의해 이동하는 수레, 상기 레일부재의 가이드홈 상에서 가장 후단에 구비한 타임 기록수단, 상기 레일부재의 후단면에 고정된 지지폴과, 그 폴의 상단에서 회전 가능한 휠로 이루어진 도르레, 그리고 상기 레일부재의 일측 측면에 고정한 관통부재와, 상기 관통부재의 구멍 속으로 끼워질 수 있는 ㄱ자형 봉재와, 상기 봉재를 고정하기 위해 상기 관통부재상에 구비한 조절나사로 이루어지는 기울기 조절수단을 포함하여 구성하는 것이다.

이하 본 발명의 구성 및 작동을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 구성을 보인 전체 사시도, 도 2는 본 발명의 요부 확대 사시도, 도 3은 본 발명을 수평으로 설치한 상태의 정면도이다.

상기 도면에서 보듯이 본 발명의 장치는 레일부재(10)와, 대상물체(20)와, 수레(30)와, 타임 기록수단(40)과, 도르레(50)와, 기울기 조절수단(60)으로 이루어 진다.

그리고 도 1의 미설명 부호 80은 각도지시기이다.

상기의 레일부재(10)는 도 1에서 보는 바와 같이 임의의 길이로 압출성형된 알루미늄 재질로서 상측으로 가이드홈(11)이 형성되어 U자형 단면을 가진다.

먼저, 상기한 레일부재(10)는 그 배면측에 길이 방향을 따라 자석 매설홈(18)을 형성한 후, 그 자석 매설홈(18)에 다수의 자석(18a)을 매설하므로써 자석 칠판에 부착시킬 수 있도록 하는 것이 중요하다.

아울러, 그 윗면에는 속력제공수단(12)을 구비하되, 중단에서 양쪽 끝단을 고정나사(12b)로써 고정한 고무줄(53)로 이루어 진다.

그리고 상기한 가이드홈(11)의 바닥에는 그 중앙에서 길이 방향을 따라 반원요홈(11a)을 형성하여 통상의 구슬셋트(70) 즉, 질량이 다른 대, 중, 소 크기의 크고 작은 구슬을 굴리기에 용이하도록 되어 있다.

또, 상면에는 그 길이 방향을 따라 통상적으로 마련하는 Cm이 기본눈금(16)은 물론 다음에 설명할 대상물체(20) 및 수레(30)의 출발지점에 각각 대비눈금(17)을 마련하여 측정이 도움이 되도록 되어 있다.

아울러, 상기 눈금을 따라 전 길이에 걸쳐 더브테일 홈(13)을 형성한 후, 그 더브테일 홈(13)을 따라 위치를 가변시킬 수 있는 다수의 이동 표시침(14)을 구비되어 순간 순간 가변되는 측정값을 임시로 표시하기에 적합하도록 되어 있다.

또 한, 필요에 따라서 레일부재(10)의 상면 중앙에 수평기(15)를 매설하므로써 수평상태를 정확히 실현할 수 있도록 되어 있다.

또 한, 대상물체(20)는 도 1 또는 도 9에서 보는 바와 같이 상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에 내재되어 그 길이 방향으로 습동할 수 있으면서 좌, 우 양측면에 탄성슬립수단(21)을 한 쌍씩 보유하는 것이다.

그리고 이때의 탄성슬립수단(21)은 도 10 또는 도 11에서 보는 바와 같이 대상물체(20)의 속에 매설한 가이드링(21a)과, 상기 가이드링의 속으로 끼워진 채 일부가 출몰 가능한 돌출핀(21b), 그리고 상기 돌출핀의 내단에 감합한 스프링(21c)으로 이루어져 있다.

한편, 수레(30)는 도 1 또는 도 6, 도 7, 도 8에서 보는 바와 같이 상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에 내재되어 그 길이 방향으로 구름이동할 수 있도록 바퀴(39)를 가지면서 상기 레일부재(10)의 상면에 구비된 속력제공수단(12)에 의해 발사되는 것이다.

그리고 이 수레(30)는 좌, 우 양측의 중단에서 길이 방향을 따라 안내돌기(32)가 형성되도록 압출성형한 알루미늄 본체(31)와, 상기 본체의 전, 후면에 밀착 고정시키되, 각각 한 쌍의 자석삽입홈(33a)을 가지는 마감판재(33)와, 그 상면에 입설된 수직폴(34)에 끼울 수 있는 무게추(35)와, 그 상면 일측에 마련한 위치표시침(36)과, 전, 후의 마감판재(33) 상에 나사 결합시킬 수 있는 후크고리(37)와, 속력제공수단(12)의 고무줄(53) 걸이용 장전핀(38)으로 구성되어 있다.

또한, 타임 기록수단(40)은 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 띠 타입의 타이머기록용지(41)가 이동하는 수레(30)를 따라 통과 되도록 한 후, 그 기록용지(41)에 이동상태를 확인할 수 있도록 기록을 하는 장치로서 통상적으로 사용하는 유니트를 부착하는 것이다.

그리고, 도르레(50)는 도 12에서 보는 바와 같이 상기 레일부재의 후단면에 고정된 지지폴(51)과, 그 폴의 상단에서 회전 가능한 휠(52)로 이루어진 것이며, 상기한 수레(30)의 후단에 연결한 줄(53)을 걸기 위한 것으로 상기 줄(53)은 그 끝단에 추 받침접시(54)를 달고, 이 추 받침접시에 여러가지 무게의 추(55)를 올려 놓으므로써 수레(30)의 진행 속도에 변화를 줄 수 있도록 하기 위한 수단이다.

상기 기울기 조절수단(60)은 도 1 또는 도 5에서 보는 바와 같이 상기 레일부재의 일측 측면에 고정한 관통부재(61)와, 상기 관통부재(61)의 구멍 속으로 끼워질 수 있는 ㄱ자형 봉재(62)와, 상기 봉재(62)를 고정하기 위해 상기 관통부재(61)상에 구비한 조절나사(63)로 이루어지는 기울기 조절수단(60)을 가지는 것이다.

다음은 상기와 같은 본 발명의 사용상태를 설명한다.

먼저, 학생들이 책상(또는 실험 테이블) 위에 올려 놓고 사용하기 위한 것은 수평 유지의 경우, 레일부재(10) 전체를 그대로 올려 놓고 수평기(15)로써 조절하고, 경사 유지의 경우 도 5에서 보는 바와 같이 레일부재(10)의 측편에 구비된 기울기 조절수단(60)의 조절나사(63)로써 ㄱ자형 봉재(62)의 높이를 달리하여 기울기를 조절한다.

그리고 교사용의 경우 도 4에서 보는 바와 같이 레일부재(10)의 이면에 마련된 자석(18a)들을 이용하여 자석칠판(도시하지 않았음)에 붙이되, 수평 또는 경사유지 상태로 간편하게 조절한다.

한편, 수레(30)는 레일부재(10)의 상측면에 구비한 속력제공수단(12)의 고무줄(53)을 상기 장전핀(38)에 걸어서 후퇴시켰다가 전진시키면서 운동에너지를 실험할 수 있고, 레일부재(10)를 경사지게 설치 한 후, 도 1 및 도 5에서 보는 바와 같이 높은 후단측으로부터 낮을 선단측으로 굴려서 위치에너지를 실험할 수 있다.

상기와 같이 운동에너지를 실험할 때는 다음에 설명할 대상물체를 향해 돌진하게 하며, 위치에너지를 실험할 때는 통상의 타임 기록수단(40)을 이용하여 에너지 값을 측정할 수 있다.

또 한, 수레의 전, 후 마감판재(33)에는 한 쌍의 자석(33b)을 삽입할 수 있는 바, 이들 자석의 N, S 극을 주의하여 삽입한 후, 서로 대향되는 극으로 혹은 서로 같은 극으로 자석을 끼운 다른 수레를 근접시켜 인력 및 척력을 실험할 수 있다.

상기와 같은 운동에너지 실험, 위치에너지 실험, 자석실험 등을 실험할 때는 레일부재(10)의 Cm로 표시된 기본눈금(16)과 일정 간격으로 표시된 대비눈금(17), 그리고 상기 레일부재(10)에 마련한 더브테일 홈(13)의 이동 표시침(14)으로써 측정관리의 편리함을 도모할 수 있다.

다음으로 대상물체(20)는 도 10에서 보는 바와 같이 그 좌, 우 양측에 각각 한 쌍씩 구비되어 있는 탄성슬립수단(21)의 돌출핀(21b)이 스프링(21c)에 의해 바깥쪽으로 밀려 있기 때문에 이들 돌출핀(21b)들과 상기 레일부재(10)의 가이드홈(11) 내벽간에 마찰이 발생한다.

따라서 스프링(21c)이 일정한 힘으로 돌출핀(21b)들을 밀고 있기 때문에 마찰력은 항상 일정하게 되며, 운동에너지를 가진 수레(30)가 와서 충격하였을 때 그 이동거리에 따른 실험치가 정확해 진다.

또 한, 구슬셋트(70)를 이용한 낙하실험은 레일부재(10)의 가이드홈(11) 바닥에 형성된 반원요홈(11a) 위에 올려 실험할 수 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 레일부재와, 그 가이드홈에 내재시킬 수 있는 대상물체와, 수레와, 타임기록수단, 도르레, 기울기 조절수단 구슬셋트 등을 모두 구비하기 때문에 마찰실험, 구름상태실험, 빗면이동실험, 위치에너지 및 운동에너지 실험 등 많은 종류의 실험을 각각 실시할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명은 상기 레일부재의 측편에 자석을 구비하였기 때문에 자석칠판에 착탈시킬 수 있는 장점이 있으며, 아울러 눈높이로 설치하여 교사용으로 사용할 수 있는 것이다.

또, 상기 레일부재의 눈금을 Cm의 기본눈금 및 대비눈금을 구비하고, 길이방향으로 이동가능한 눈금 지시바늘을 다수 구비하였기 때문에 실험치의 대비판단이 편리하고 더욱 용이한 장점이 있다.

뿐만 아니라 기울기 조절수단으로써 레일부재의 기울기를 손쉽게 조절할 수 있고, 돌출핀을 가지도록 대상물체의 구조를 개선하였기 때문에 충격시 또는 이동시 마찰 저항이 일정하게 작용하도록 하는 장점이 있으며, 이로 인해 실험결과가 보다 더 정확해질 수 있는 특징이 있다.

그 외에도 수레의 구조 개선으로 인해 좌, 우 유동없이 정확한 구름 이동이 가능하고, 탄성 제공을 위한 고무줄의 장전이 용이하고, 수명이 오래 가는 등 많은 장점을 가지는 것이다.

도 1은 본 발명의 구성을 보인 전체 사시도

도 2는 본 발명의 요부 확대 사시도

도 3은 본 발명을 수평으로 설치한 상태의 정면도

도 4는 본 발명을 자석칠판에 설치한 상태의 정면도

도 5는 본 발명을 테이블 위에 설치한 상태의 정면도

도 6은 본 발명의 수레를 보인 사시도

도 7은 도 6의 분해 사시도

도 8은 도 6의 또 다른 실시예의 사시도

도 9는 본 발명의 대상물체를 보인 사시도

도 10은 도 9의 요부 단면도

도 11은 도 9의 사용상태도

도 12는 도르레의 구성을 보인 부분 정면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

10 : 레일부재 11 : 가이드홈

12 : 속력제공수단 13 : 더브테일 홈

14 : 이동 표시침 15 : 수평기

16 : 기본눈금 17 : 대비눈금

18 : 자석 매설홈 20 : 대상물체

21 : 탄성슬립수단 30 : 수레

31 : 알루미늄 본체 32 : 안내돌기

33 : 마감판재 34 : 수직폴

35 : 무게추 36 : 위치표시침

37 : 후크고리 38 : 장전핀

39 : 바퀴 40 : 타임 기록수단

41 : 기록용지 50 : 도르레

51 : 지지폴 52 : 휠

53 : 줄 54 : 받침접시

55 : 추 60 : 기울기 조절수단

61 : 관통부재 62 : 봉재

63 : 조절나사 70 : 구슬셋트

Claims

임의의 길이로 압출성형된 알루미늄 재질로서 상측으로 가이드홈(11)이 형성되어 U자형 단면을 가지며, 중단부분에 속력제공수단(12)을 가지는 레일부재(10);

상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에 내재되어 그 길이 방향으로 습동할 수 있으면서 좌, 우 양측면에 탄성슬립수단(21)을 좌, 우 양측에 한 쌍씩 보유하는 대상물체(20);

상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에 내재되어 그 길이 방향으로 구름이동할 수 있도록 바퀴(39)를 가지면서 상기 레일부재(10)의 상면에 구비된 속력제공수단(12)에 의해 이동하는 수레(30);

상기 레일부재의 가이드홈(11) 상에서 가장 후단에 구비한 타임 기록수단(40);

상기 레일부재의 후단면에 고정된 지지폴(51)과, 그 폴의 상단에서 회전 가능한 휠(52)로 이루어진 도르레(50);

상기 레일부재의 일측 측면에 고정한 관통부재(61)와, 상기 관통부재(61)의 구멍 속으로 끼워질 수 있는 ㄱ자형 봉재(62)와, 상기 봉재(62)를 고정하기 위해 상기 관통부재(61)상에 구비한 조절나사(63)로 이루어지는 기울기 조절수단(60); 을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 다용도 물리 실험장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 레일부재(10)는 그 배면측에 길이 방향을 따라 자석 매설홈(18)을 형성한 후, 그 자석 매설홈(18)에 다수의 네오니움 자석(18a)을 매설하므로써 자석 칠판에 부착시킬 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 다용도 물리 실험장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 레일부재(10)는 그 가이드홈(11)의 바닥 중앙에 길이 방향으로 반원요홈(11a)을 형성하여 구슬셋트(70)의 크고 작은 구슬을 굴릴 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 다용도 물리 실험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 레일부재(10)의 속력제공수단(12)은 그 양측 끝단이 레일부재(10)의 양쪽 상면에 고정나사(12b)로써 고정된 고무줄(53)로 구성한 것을 특징으로 하는 다용도 물리 실험장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 대상물체(20)의 탄성슬립수단(21)은 대상물체(20)의 속에 매설한 가이드링(21a)과, 상기 가이드링의 속으로 끼워진 채 일부가 출몰 가능한 돌출핀(21b), 그리고 상기 돌출핀의 내단에 감합한 스프링(21c)으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 다용도 물리 실험장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 수레(30)는 좌, 우 양측의 중단에서 길이 방향을 따라 안내돌기(32)가 형성되도록 압출성형한 알루미늄 본체(31)와, 상기 본체의 전, 후면에 밀착 고정시키되, 각각 한 쌍의 자석삽입홈(33a)을 가지는 마감판재(33)와, 그 상면에 입설된 수직폴(34)에 끼울 수 있는 무게추(35)와, 그 상면 일측에 마련한 위치표시침(36)과, 전, 후의 마감판재(33) 상에 나사 결합시킬 수 있는 후크고리(37)와, 속력제공수단(12)의 고무줄(53) 걸이용 장전핀(38)으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 다용도 물리 실험장치.