KR101540953B1 - 지레식 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 실험장치로 1종, 2종 및 3종 지레의 원리를 모두 실험할 수 있는 지레식 실험장치에 관한 것이다.
본 발명의 구성은, 바닥에 놓여지는 받침부와, 그 받침부에 수직으로 설치되는 지지봉과, 상기 지지봉에 중앙부가 힌지축으로 고정되어 회동가능하게 수평으로 설치되고 일정 간격으로 고리끼움홀이 다수 개 형성된 수평레버를 포함하는 지레식 실험장치에 있어서, 상기 지지봉의 상부에는 상기 수평레버의 상측에 이격되어 중앙부가 제2힌지축으로 고정되어 회동가능하게 구비되고 일정 간격으로 고리고정홀이 다수 개 형성된 상부레버가 설치되고, 상기 수평레버와 상부레버 간에는 상기 고리끼움홀과 고리고정홀에 양단이 끼워져 수평레버와 상부레버를 서로 연결하도록 연결로프가 설치되며, 상기 수평레버와 상부레버에는 각각 고리끼움홀과 고리고정홀에 걸려지도록 분동이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

지레식 실험장치{A LEVER EXPERIMENTAL TOOL}

본 발명은 지레식 실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 실험장치로 1종, 2종 및 3종 지레의 원리를 모두 실험할 수 있는 지레식 실험장치에 관한 것이다.

일반적으로 학교에서나 가정에서 학생들의 기초 과학을 위한 많은 실험 교구가 사용되고 있는데, 이러한 실험교구들 중 밸런스 실험 즉, 힘의 모멘트 관계 이해를 위한 실험을 하기 위하여 지레식 양팔저울이라는 교구가 제안되어 사용되었다.

이러한 종래의 지레식 양팔저울은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 바닥에 놓여지는 받침부(1)와, 상기 받침부(1)에 수직으로 설치되는 지지봉(2)과, 상기 지지봉(2)의 상단부에 회동가능하게 설치되며 눈금(3a)이 표기되는 헤드부(3)와, 상기 헤드부(3)에 그 중앙이 수평으로 고정되는 레버(4)로 구성되어 있고, 상기 레버(40)에는 다수의 고리(4a)가 구비되어 각종 추나 도르레 등을 걸 수 있도록 형성되어 있다.

따라서, 같은 거리의 고리에 같은 무게의 추를 걸면 레버가 평행을 이루어 수평을 유지하도록 한 것이다.

이와 같은 종래의 지레식 양팔저울은 고리에 걸리는 추의 위치를 변화시키면서 전체 추의 질량과 그 추의 위치에 따른 양쪽의 균형을 이해할 수 있는 지레의 원리와, 추를 사용하여 밸런스 실험(힘의 모멘트 관계 이해)을 하기 위한 것이다.

그러나 이러한 지레식 양팔저울은 용추철에 의한 밸런스나 지점을 변경하는 실험 등 상기 레버가 회동하는 것에 대해서만 실험이 가능하고, 1종 지레의 원리만을 학습하도록 이루어져 있기 때문에, 2종 지레 및 3종 지레의 원리실험을 할 수 없는 문제점이 있었다.

특허문헌 1: 공개실용신안공보 제2009-0006088호(2009.06.22, 지레식 실험장치) 특허문헌 2: 등록실용신안공보 제0352691호(2004.05.29, 시이소오기구를 이용한 학습교구)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 실험장치로 1종 지레의 원리는 물론, 2종 및 3종 지레의 원리를 모두 실험할 수 있으며, 간단한 구조로 이루어져 있어 교육대상자인 어린이가 쉽게 이해할 수 있는 지레식 실험장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 바닥에 놓여지는 받침부와, 그 받침부에 수직으로 설치되는 지지봉과, 상기 지지봉에 중앙부가 힌지축으로 고정되어 회동가능하게 수평으로 설치되고 일정 간격으로 고리끼움홀이 다수 개 형성된 수평레버를 포함하는 지레식 실험장치에 있어서, 상기 지지봉의 상부에는 상기 수평레버의 상측에 이격되어 중앙부가 제2힌지축으로 고정되어 회동가능하게 구비되고 일정 간격으로 고리고정홀이 다수 개 형성된 상부레버가 설치되고, 상기 수평레버와 상부레버 간에는 상기 고리끼움홀과 고리고정홀에 양단이 끼워져 수평레버와 상부레버를 서로 연결하도록 연결로프가 설치되며, 상기 수평레버와 상부레버에는 각각 고리끼움홀과 고리고정홀에 걸려지도록 분동이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 고리끼움홀과 고리고정홀은 상기 수평레버와 상부레버에 각각 일정 간격으로 다수 형성되어 지되, 각각 동일한 수직선상에 위치되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 수평레버 및 상부레버의 중앙부에는 눈금이 표기된 눈금부가 수평레버 및 상부레버에 고정되어 형성되고, 상기 지지봉에는 상기 눈금부에 표기된 눈금을 가리키기 위한 지시부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 지지봉에는 상기 수평레버와 상부레버를 포함하여 3개 이상의 레버가 설치되고, 각각의 레버 간에는 연결로프가 구비되어 각각의 레버가 서로 연결되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기의 구성으로 이루어진 지레식 실험장치에 따르면, 하나의 실험장치로 1종, 2종 및 3종 지레의 원리를 모두 실험할 수 있음으로써 지레 원리를 쉽게 이해할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 지레식 양팔저울을 보인 정면도,
도 2a는 1종 지레 원리를 보인 개략도,
도 2b는 2종 지레 원리를 보인 개략도,
도 2c는 3종 지레 원리를 보인 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 지레식 실험장치의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 지레식 실험장치에서 1종 지레 원리를 실험하는 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 지레식 실험장치에서 2종 지레 원리를 실험하는 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 지레식 실험장치에서 3종 지레 원리를 실험하는 상태도,
도 7은 본 발명에 따른 지레식 실험장치에서 도르레 원리를 실험하는 상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지레식 실험장치를 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지레식 실험장치는 바닥에 놓여지는 받침부(10)와, 그 받침부(10)에 수직으로 설치되는 지지봉(20)과, 상기 지지봉(20)에 중앙부가 힌지축(35)으로 고정되어 회동가능하게 수평으로 설치되고 일정 간격으로 고리끼움홀(31)이 다수 개 형성된 수평레버(30)와, 상기 수평레버(30)의 상측에 이격되어 설치된 상부레버(40)와, 그 상부레버(40)와 수평레버(30)를 서로 연결하기 위한 연결로프(50)와, 상기 수평레버(30)와 상부레버(40)에 설치되는 분동(60)을 포함하여 구성된다.

상기 받침부(10)와 지지봉(20) 및 수평레버(30)는 통상의 양팔저울의 구성으로, 공지의 양팔저울 구조와 동일한 구조로 이루어져 있다.

상기 받침부(10)는 일정 면적을 갖도록 형성되어 있고, 상기 지지봉(20)과 수평레버(30)와 상부레버(40) 및 분동(60)의 무게를 충분히 지탱할 수 있도록 마련된다.

상기 지지봉(20)은 상부레버(40)가 더 설치됨에 따라 공지된 통상의 양팔저울의 지지봉에 비해 그 길이가 더 길게 형성되어 지고, 상기 수평레버(30)가 회동되어 지면에 닿지 않을 정도의 위치에 고정되어 있다.

본 발명의 상기 지지봉(20)에는 눈금을 가리키기 위해 지시부(75)가 형성되어 있고, 상기 수평레버(30)와 상부레버(40)의 중앙부에는 눈금이 표기된 눈금부(70)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 지시부(75)와 눈금부(70)가 형성되어 있지 않아도 지레 원리를 학습하는 데에는 문제가 없으나, 분동의 무게와 위치 및 좌우 균형 등 실험과정에서 눈금을 통해 정확하게 측정하여 지레의 원리를 학습할 수 있도록 하기 위해서 상기 지시부(75)와 눈금부(70)가 형성되는 것이다.

상기 수평레버(30)는 지지봉(20)에 고정된 채 회동되게 설치되는 것으로, 고리끼움홀(31)이 형성되어 있으며, 그 수평레버(30)의 길이방향으로는 도시하지는 않았으나, 눈금이 형성되어 있어야 함은 당연하다.

그리고 본 발명의 특징부 구성으로, 상기 상부레버(40)는 상기 수평레버(30)의 상측에 이격되어 그 수평레버(30)와 나란하게 형성되는 것으로, 상기 지지봉(20)에 중앙부가 제2힌지축(45)으로 고정되어 회동가능하게 구비된다.

상기 상부레버(40)에는 수평레버(30)와 마찬가지로 상기 분동(60)을 걸어 놓기 위한 고리고정홀(41)이 일정 간격으로 다수 개 형성되어 있다.

상기 연결로프(50)는 상기 수평레버(30)와 상부레버(40) 간에 구비되는 2종 지레와 3종 지레의 실험시에 필요한 것으로, 상기 고리끼움홀(31)과 고리고정홀(41)에 양단이 끼워져 수평레버(30)와 상부레버(40)를 서로 연결하는 역할을 한다.

상기 분동(60)은 첨부 도면에서와 같이, 고리(61)가 일체로 구비되어 형성되거나 또는 도시하지는 않았으나 고리를 갖는 분동받침대에 올려져 구비될 수도 있다.

상기와 같이 수평레버(30)와 상부레버(40)가 지지봉(20) 상에 이격되어 서로 나란하게 설치되고, 연결로프(50)가 구비됨으로써 도 4에 도시된 바와 같이 수평레버(30)를 통한 1종 지레 원리 실험을 할 수 있고, 더불어 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 수평레버(30)와 상부레버(40)를 통해 2종 지레와 3종 지레 원리 실험을 할 수 있는 것이다.

1종 지레는 도 2a에 도시된 바와 같이 작용점 - 받침점 - 힘점 순으로 이루어진 지레로, 받침점이 힘점과 작용점 사이에 존재하는 구조이고, 예로 손톱깍이, 가위 등이 있다.

본 발명에서는 도 4에서와 같이 작용점의 무게에 맞춰 힘점의 위치를 이동시켜 균형을 유지하도록 하거나, 힘점의 중량을 조절하여 균형을 유지하도록 하여 1종 지레의 원리 실험을 할 수 있다.

2종 지레는 도 2b에 도시된 바와 같이 힘점 - 작용점 - 받침점 순으로 이루어진 지레로, 작용점이 받침점과 힘점 사이에 존재하는 구조이고, 예로 병따개, 장도리 등이 있다.

본 발명에서는 도 5에서와 같이 작용점의 무게에 맞춰 힘점에 가해져야 하는 무게가 얼마인지를 상부레버(40)를 통해 측정하여 확인할 수 있다. 또한 이를 응용하여 힘점을 측정하는 대신에 역으로 힘점을 설정해 놓고 작용점에 가해지는 무게를 측정할 수도 있는 것이다.

따라서, 2종 지레의 원리 실험을 직접 체험해보면서 정확하고 쉽게 확인하여 학습할 수 있게 된다.

3종 지레는 도 2c에 도시된 바와 같이 작용점 - 힘점 - 받침점 순으로 이루어진 지레로, 힘점이 받침점과 작용점 사이에 존재함에 따라 작용점이 힘점 보다 먼 곳에 위치하기 때문에 큰 힘을 주어야 하는 구조이고, 예로 핀셋, 젓가락, 족집게 등이 있다.

본 발명에서는 도 6에서와 같이 작용점의 무게에 맞춰 힘점에 가해져야 하는 무게가 얼마인지를 상부레버(40)를 통해 측정하여 확인할 수 있다. 또한 2종 지레에서와 같이 이를 응용하여 힘점을 측정하는 대신에 역으로 힘점을 설정해 놓고 작용점에 가해지는 무게를 측정할 수도 있다.

본 발명은 상기한 1종 지레, 2종 지레 및 3종 지레의 원리를 모두 실험할 수 있는 장치로서, 어린이가 지레의 원리를 용이하고 쉽게 확인하여 학습할 수 있는 장점이 있는 것이다.

여기서, 상기 고리끼움홀(31)과 고리고정홀(41)은 각각 동일한 수직선상에 위치되게 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 2종 지레와 3종 지레의 원리 실험을 하는 경우 상기 연결로프(50)의 연결작업이 원활히 이루어지도록 하면서도 작용점의 위치 및 가해지는 힘을 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 지지봉(20)에는 상기 수평레버(30)와 상부레버(40)를 포함하여 3개 이상의 레버가 설치될 수 있고, 각각의 레버 간에는 연결로프(50)가 구비되어 각각의 레버가 서로 연결되어 지도록 할 수 있다.

첨부 도면에서는 최상측 레버를 제2상부레버(80)로 표기하였다.

상기 도 7과 같이 레버를 세 개 이상 설치한 경우에는 레버와 연결로프를 통해 기본적인 도르레 원리를 실험할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명은 하나의 지레 실험장치를 통해 1종 지레는 물론, 2종 지레와 3종 지레의 원리 실험과 나아가 도르레 원리 실험을 할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

10: 받침부 20: 지지봉
30: 수평레버 31: 고리끼움홀
35: 힌지축 40: 상부레버
41: 고리고정홀 45: 제2힌지축
50: 연결로프 60: 분동
61: 고리 70: 눈금부
75: 지시부 80: 제2상부레버

Claims (4)

1. 바닥에 놓여지는 받침부(10)와, 그 받침부(10)에 수직으로 설치되는 지지봉(20)과, 상기 지지봉(20)에 중앙부가 힌지축(35)으로 고정되어 회동가능하게 수평으로 설치되고 일정 간격으로 고리끼움홀(31)이 다수 개 형성된 수평레버(30)를 포함하는 지레식 실험장치에 있어서,
   상기 지지봉(20)의 상부에는 상기 수평레버(30)의 상측에 이격되어 중앙부가 제2힌지축(45)으로 고정되어 회동가능하게 구비되고 일정 간격으로 고리고정홀(41)이 다수 개 형성된 상부레버(40)가 설치되고,
   상기 수평레버(30)와 상부레버(40) 간에는 상기 고리끼움홀(31)과 고리고정홀(41)에 양단이 끼워져 수평레버(30)와 상부레버(40)를 서로 연결하도록 연결로프(50)가 설치되며,
   상기 수평레버(30)와 상부레버(40)에는 각각 고리끼움홀(31)과 고리고정홀(41)에 걸려지도록 분동(60)이 구비되는 것을 특징으로 하는 지레식 실험장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고리끼움홀(31)과 고리고정홀(41)은 상기 수평레버(30)와 상부레버(40)에 각각 일정 간격으로 다수 형성되어 지되, 각각 동일한 수직선상에 위치되게 형성되는 것을 특징으로 하는 지레식 실험장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수평레버(30) 및 상부레버(40)의 중앙부에는 눈금이 표기된 눈금부(70)가 수평레버(30) 및 상부레버(40)에 고정되어 형성되고,
   상기 지지봉(20)에는 상기 눈금부(70)에 표기된 눈금을 가리키기 위한 지시부(75)가 형성되는 것을 특징으로 하는 지레식 실험장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 지지봉(20)에는 상기 수평레버(30)와 상부레버(40)를 포함하여 3개 이상의 레버가 설치되고,
   각각의 레버 간에는 연결로프(50)가 구비되어 각각의 레버가 서로 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 지레식 실험장치.

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