KR200469767Y1 - 다기능 학습 교구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 초중고등 교육과정에 사용되는 다기능 학습 교구에 관한 것으로서, 종래 학습 교구로는 비용이 많이 들고 다양한 부품들의 보관 어렵다는 문제를 해결하기 위하여, (1) 상자와 이 상자에 넣었다 뺐다 할 수 있는 서랍을 포함하는 몸체, (2) 여러 개의 막대, (3) 빗면용 판, (4) 둘레에 톱니가 형성되어 있는 원판을 포함하며, 막대의 한쪽 끝에는 결합봉이 형성되어 있고, 상자의 상부판에는 막대의 결합봉이 삽입될 수 있는 여러 개의 삽입구가 형성되어 있으며, 서랍의 외부판에는 이 외부판과 끼움 결합되어 아래 위로 올렸다 내렸다 할 수 있는 높이 조절판이 조립되어 있는 학습 교구를 제공한다. 본 고안에 따르면, 종래 문제점을 해결할 수 있고, 하노이 탑 게임을 통한 수열과 지수 학습, 도르래 실험 학습, 빗면 실험 학습, 톱니 비율 차이를 통한 최소공배수 학습 등 다양한 학습을 하나의 교구를 통해 가능하고, 학습 준비 시간 단축, 학습 교구 보관 공간 절약 등의 효과가 생긴다.

Description

다기능 학습 교구{Multi-functional Educational Apparatus}

본 고안은 초중고등 교육 과정에 사용되는 다기능 학습 교구에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 본 고안은 초중고등학교 교육 과정에서 사용되는 다양한 역학 실험이 가능하면서 하노이 탑(Tower of Hanoi) 게임도 할 수 있는 구조로 된 다기능 학습 교구에 관한 것이다.

현재 초중고등학교 교육 과정에서 배우는 물리와 관련된 주제는 힘과 운동, 열, 전기·자기, 빛, 소리 등이 있는데, 이 가운데 힘과 운동에 대한 학습에는 역학 실험용 기구가 많이 사용된다. 실험용 기구를 사용하면, 학생들이 역학 법칙이 적용되는 실제 상황을 실험을 통해 직접 체험할 수 있기 때문에, 구체적인 현상을 다루는 과학 과목에 특히 적합하다. 또한 실험을 통해 학생들의 흥미를 유발할 수 있고, 어려운 과목으로 인식되는 물리 과목에 대한 학습 의욕을 고취할 수 있다.

역학 실험용 교구는 이미 여러 업체에서 판매하고 있다. 가령 대륙교재(주)에서 판매하는 역학 에너지 실험 세트는 롤러코스트 만들기 실험(구슬의 높이와 원의 크기를 조절하여 떨어지지 않는 롤러코스트를 만들고 높이와 원의 크기의 관계를 알아보는 실험), 역학 에너지 보존 실험(기울기가 다른 레일에서 질량이 서로 다른 여러 구슬을 굴렸을 때 어떤 구슬이 먼저 나무토막에 도달하는지 알아보는 실험), 빗면 실험(구슬의 질량과 레일의 높이에 따라 나무토막이 밀려나는 수치를 알아보는 실험) 등 다양한 역학 실험이 가능하도록 여러 실험 도구를 세트로 구비하고 있다. 또한 (주)아이넥서스에서도 빗면 활주대, 도르래, 추, 축바퀴, 수레 등으로 구성된 정역학실험세트를 판매하고 있으며, 우진정보과학에서도 쇼핑몰 '바이스쿨'을 통해 도르래 실험장치, 역학용 자동차, 작용과 반작용 실험기, 역학용 수레 등과 같은 물리 분야 학습 교구를 판매할 뿐만 아니라, 하노이 탑 게임을 할 수 있는 상품도 판매하고 있다.

학습 교구나 하노이 탑 퍼즐 게임에 대한 특허로는 가령 특허공개 제10-2010-88194호 "유아 및 아동용 다기능 학습교구용 세트"(교구판틀에 여러 가지 교구판을 교체할 수 있도록 한 발명)와, 국내특허공개 10-2010-83998 "하노이탑 퍼즐"(기존의 하노이탑 퍼즐과 달리 두 손으로 돌려가면서 퍼즐을 할 수 있도록 입체적으로 구성되어 있고 퍼즐 조각의 분실 염려가 없으며 퍼즐 조각의 문양을 다양하게 변경할 수 있고, 게임의 소요 시간과 이동횟수를 자동으로 측정할 수 있는 발명) 등이 있다.

학습 현장에서 실제로 역학 실험을 하기 위해서는 각각의 실험에 필요한 기구 또는 학습 교구를 구비해야 하기 때문에, 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

또한 다양한 기구들에 필요한 부품들이 많아 보관이 쉽지 않고, 어느 한 부품을 분실한 경우 실험 자체가 불가능하다는 문제가 있다.

본 고안에 따른 다기능 학습 교구는 (1) 속이 빈 상자와 이 상자에 넣었다 뺐다 할 수 있는 서랍을 포함하는 몸체와, (2) 여러 개의 막대와, (3) 빗면용 판과, (4) 둘레에 톱니가 형성되어 있는 원판을 포함한다. 상기 막대의 한쪽 끝에는 결합봉이 형성되어 있고, 상기 상자의 상부판에는 상기 막대의 결합봉이 삽입될 수 있는 여러 개의 삽입구가 형성되어 있다. 상기 서랍의 외부판에는 이 외부판과 끼움 결합되어 아래 위로 올렸다 내렸다 할 수 있는 높이 조절판이 조립되어 있다. 상기 빗면용 판은 상기 서랍의 길이보다 짧은 제1 빗면용 판과 제2 빗면용 판을 포함하고, 이 제1 빗면용 판과 제2 빗면용 판을 조립하여 상기 빗면용 판이 형성되고, 빗면용 판의 한쪽을 상기 높이 조절판의 윗면에 걸칠 수 있는 구조로 되어 있다.

또한 상기 원판의 톱니 가운데에는 홈이 형성되어 있어서, 이 원판을 도르래용 원판으로 사용할 수 있다.

본 고안에 따른 다기능 학습 교구는 다양한 역할 실험을 위해 (i) 무게가 서로 다른 여러 개의 역학용 추와, (ii) 착탈이 가능한 바퀴, 위쪽으로 돌출된 봉, 연결부를 포함하는 역학실험용 수레와, (iii) 양끝에 고리가 형성되어 있는 연결용 줄과, (iv) 상기 빗면용 판에 고정될 수 있는 삽입봉이 형성되어 있는 빗면 실험용 도르래와, (v) 상기 막대의 한쪽 끝에 형성되어 있는 결합 구멍에 삽입될 수 있는 제1 고정봉과 제2 고정봉, 걸이 및 상기 제1 고정봉, 제2 고정봉, 걸이가 고정되어 있는 고정대를 더 포함할 수 있다.

본 고안에 따른 학습 교구에서 상기 원판은 크기가 서로 다른 여러 개의 원판을 포함하고, 2개의 원판을 상기 막대에 끼웠을 때 원판의 톱니가 서로 맞물릴 수 있도록, 상기 상자의 상부판의 삽입구가 배열되어 있다.

본 고안에 따르면, 여러 가지 역학 실험을 하나의 도구로 할 수 있는 다기능 학습 교구가 제공되기 때문에 역학 실험을 위한 개별 학습 교구를 준비하는 데에 드는 비용을 줄일 수 있다. 또한 하노이 탑 게임을 통한 수열과 지수 학습, 고정 도르래와 움직 도르래를 통해 도르래 실험 학습, 빗면을 통한 빗면 실험 학습, 톱니 비율의 차이를 이용한 최소공배수 학습 등 다양한 학습을 하나의 교구를 통해 통합적이고 융합적인 학습이 가능하고 학습을 준비하는 시간을 단축할 수 있으며 다양한 학습 교구를 보관하는 공간을 줄일 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 다기능 학습 교구의 분해 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 다기능 학습 교구에 사용되는 톱니 원판의 다른 실시예로서, 톱니 가운데에 홈이 형성되어 있는 도르래용 원판의 사시도이다.
도 3은 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하여 하노이 탑 게임을 하는 과정을 묘사하는 정면도이다.
도 4는 본 고안에 따른 다기능 학습 교구에 사용될 수 있는 기구들을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하여 빗면 실험 학습을 하는 과정을 보여주는 정면도이다.
도 6은 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하여 도르래 실험 학습을 하는 과정을 보여주는 정면도이다.

본 고안에 따른 다기능 학습 교구의 전체 구조는 도 1에 나타나 있다. 다기능 학습 교구(100)는 직육면체 모양의 몸체(10)를 포함한다. 이 몸체(10)는 몸체의 외형을 구성하며 속이 비어 있는 상자(20)와 이 상자(20)의 빈 속으로 넣었다 빼었다(도 1의 화살표 B 방향) 할 수 있는 서랍(30)을 포함한다. 상자(20)의 상부판(22)에는 일정한 간격으로 배치되어 있는 삽입구(24)가 여러 개 뚫려 있다. 상부판(22)은 상자(20)에 완전 고정되지 않고, 분리가 가능하도록 고정되는 것이 바람직하다. 삽입구(24)의 지름은 막대(40)의 결합봉(45)이 삽입 고정될 수 있는 크기로 한다. 상자(20)의 아래판 및/또는 옆판에는 강한 자성체를 부착하여, 본 고안에 따른 다기능 학습 교구(100)의 몸체(10)가 자성이 다른 자성체로 된 외부면에 탈부착되도록 할 수 있다.

서랍(30)에는 상부판이 없기 때문에 빈 공간(32)이 마련되고, 외부판(31)에는 서랍(30)을 상자(20)에 밀어 넣거나 빼기 쉽도록 하기 위한 손잡이 구멍(34)이 형성되어 있다. 도면에 나타내지는 않았지만, 손잡이 구멍(34) 대신 가구 손잡이와 같은 부착형 손잡이를 서랍(30)의 외부판(31)에 고정하는 것도 가능하다. 외부판(31)에는 높이 조절판(33)이 조립되어 있다. 높이 조절판(33)의 양 옆면에는 돌기(35)가 형성되어 있고, 외부판(31)에는 이 돌기(35)에 맞는 홈(도면에 나타내지 않음)이 형성되어 있어서, 이 돌기(35)와 홈의 끼움 결합에 의해 높이 조절판(33)이 외부판(31)에 조립된다. 따라서 필요한 경우 높이 조절판(33)을 위 아래(도 1의 화살표 C 방향)로 올렸다 내렸다 할 수 있다.

또한 높이 조절판(33)의 맨 윗부분에는 단차(37)가 형성되어 있다. 이 단차(37)는 외부판(31)을 향한 쪽이 더 높은 단차 구조로 되어 있다. 이러한 높이 조절판(33)을 서랍(30)에 조립하는 이유는 도 5에 나타낸 것처럼 다기능 학습 교구(100)를 이용하여 빗면 실험 학습을 하기 위해서이다. 높이 조절판(33)을 원하는 높이만큼 올린 다음에는 별도의 잠금 수단(도면에 나타내지 않음)을 이용하여 높이 조절판(33)이 아래로 내려가지 않도록 고정할 수 있다. 이와 달리, 끼움 결합되는 돌기(35)와 홈의 마찰력을 충분히 크게 하여, 높이 조절판(33)에 일정한 크기 이상의 힘을 가하지 않으면 높이 조절판(33)이 아래로 쉽게 내려가지 않도록 할 수도 있다. 이렇게 하면, 별도의 잠금 수단이 필요없게 된다.

상자(20)의 상부판(22)에 형성되어 있는 삽입구(24)에는 막대(40)가 끼워진다. 이를 위해 막대(40) 윗면에는 결합 구멍(42)이 형성되어 있고, 막대(40)의 밑부분에는 다른 막대의 결합 구멍(42) 또는 상부판(22)의 삽입구(24)에 삽입될 수 있는 직경의 결합봉(45)이 형성되어 있다. 막대(40)를 2개 또는 3개 결합하면 길이가 서로 다른 막대를 만들 수 있다. 즉, 도 1에서 막대(40) 2개를 결합한 것(도 1에서 맨 왼쪽에 있는 막대), 3개를 결합한 것(도 1에서 가운데에 있는 막대), 다른 막대와 결합되지 않은 것(도 1에서 맨 오른쪽에 있는 막대) 등 다양한 길이의 막대를 만들 수 있다. 이러한 막대(40)를 도 1의 화살표 A로 나타낸 것처럼 상부판(22)의 삽입구(24)에 삽입한 다음, 원판(50)을 막대(40)에 끼우면 다기능 학습 교구(100)를 하노이 탑 게임 기구로 이용할 수 있다.

원판(50)에는 중심구멍(52)과 톱니(54)가 형성되어 있는데, 이 중심구멍(52)에 막대(40)를 끼운다. 따라서 중심구멍(52)의 직경은 막대(40)의 결합봉(50)이 삽입되는 삽입구(24)의 직경보다 더 크다. 도 1에는 크기가 서로 다른 8개의 톱니 원판(50)을 나타내었지만, 톱니 원판의 개수는 반드시 8개로 한정되지 않고 필요에 따라 더 많을 수도 있고 더 적을 수도 있다.

본 고안에 따른 다기능 학습 교구(100)에는 빗면용 판(60)이 포함되는데, 빗면용 판(60)은 두 개의 판(62, 64)이 서로 조립되어 빗면을 형성한다. 제1 판(62)에는 홈(63)이 형성되어 있고 제2 판(64)에는 돌기(65)가 형성되어 있기 때문에, 홈(63)에 돌기(65)를 끼워 제1 판(62)과 제2 판(64)을 조립할 수 있다. 홈(63)과 돌기(64)는 직사각형 모양으로 된 2개의 판(62, 64)에서 길이가 짧은 쪽의 면 전체에 걸쳐 형성하는 것이 바람직하다. 한편 제2 판(64)에는 도르래 끼움용 구멍(66)이 형성되어 있는데, 이에 대해서는 도 5를 참조로 나중에 설명한다. 빗면용 판(60)을 구성하는 제1 판(62)과 제2 판(64)은 각각의 길이와 각각의 폭이 서로 같은 것이 바람직하며, 판(62, 64) 각각의 길이는 몸체(10) 서랍(30)의 긴 면의 길이보다 작게 하여, 판(62, 64)이 서랍(30)의 공간(32)에 수납될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 고안에 따른 다기능 학습 교구(100)에 사용될 수 있는 톱니 원판의 다른 실시예를 나타낸다. 도 2에 나타낸 원판(50b)은 중심구멍(52)과 톱니(56)가 형성되어 있고, 중심구멍(52)이 형성된 면(55)은 톱니(54)가 형성된 면보다 안쪽으로 오목하게 들어가도록 구성되어 있다. 또한 도 1의 톱니 원판(50)과 달리 톱니(56)의 가운데에 홈(58)이 파져 있다. 이 홈(58)은 가령 도 6에 나타낸 것처럼 원판(50b)을 고정 도르래 실험이나 움직 도르래 실험 학습에서 도르래로 사용할 수 있도록 한다. 그래서 이 원판을 도르래용 원판(50b)이라 부를 수 있으며, 다양한 크기의 원판(50)과 달리 도르래용 원판(50b)은 크기가 가장 작은 것을 사용하는 것이 좋다. 왜냐하면 도르래 실험에서는 도르래 자체의 무게가 주는 영향을 최소화해야 하기 때문이다. 또한 도르래용 원판(50b)에 형성되는 홈(58)은 연결용 줄(도 4의 130)과의 마찰력이 거의 없도록 가공하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 다기능 학습 교구를 하노이 탑 게임으로 사용하는 경우를 보여준다. 하노이 탑은 고대 인도 베나레스에 있는 한 사원에 얽힌 이야기(브라흐마의 탑)에서 유래한 것으로, 1883년 프랑스 수학자 뤼카가 크라우스 교수라는 필명으로 처음 발표하였다고 한다. 하노이 탑 게임은 3가지 규칙이 있는데, 첫째, 원판(50)을 하나씩 옮겨 다른 막대(40)로 모두 옮길 것, 둘째, 원판은 한 번에 하나씩 옮기되 막대 이외의 곳에 두지 말 것, 셋째, 작은 원판 위에 큰 원판을 두지 말 것.

도 3에는 모두 4개의 원판(50a, 50b, 50c, 50d)을 맨 왼쪽의 막대(40a)에서 맨 오른쪽 막대(40c)로 옮기는 하노이 탑 게임을 실행하는 과정에서, 크기가 가장 작은 원판(50d)이 가운데 막대(40b)로 이동한 상태를 보여준다. 하노이 탑 게임은 퍼즐 게임의 일종으로 단순한 놀이 목적만이 아니라, 수의 규칙성을 찾고 수열을 학습하는 데에도 유용할 뿐만 아니라, 지수 개념을 익히는 데에도 좋다. 이는 다음과 같이 설명할 수 있다.

앞에서 제시한 하노이 탑 게임의 3가지 규칙에 따라, 하나의 막대에 있는 n개의 원판을 다른 기둥으로 옮기는 데 필요한 원판의 최소한의 이동수를 T_n이라고 하면, 도 3에서 막대(40a)에 있는 (n-1)개의 원판(크기가 가장 큰 원판을 제외한 나머지 모든 원판)을 막대(40b)로 옮긴 다음, 막대(40a)의 가장 아래에 있는 원판(즉, 크기가 가장 큰 원판)을 빈 막대(40c)로 옮기고 다시 이 막대(40c) 위에 (n-1)개의 원판을 옮기면 된다. 따라서 n개의 원판을 옮기는 데 필요한 원판 이동수 T_n과, (n+1)개의 원판을 옮기는 데 필요한 원판 이동수 T_{n +1} 사이에는 다음과 같은 점화식이 성립한다.

T_{n +1} = T_n + 1 + T_n = 2T_{n +1}

하나의 원판을 옮기는 데 필요한 원판 이동수는 1 이므로, 하노이 탑 수열의 각 항은 다음과 같이 구할 수 있다.

T₁ = 1 = 2¹ - 1 (원판이 하나일 때)

T₂ = 2T₁ + 1 = 3 = 2² - 1 (원판이 2개일 때)

T₃ = 2T₂ + 1 = 7 = 2³ - 1 (원판이 3개일 때)

T₄ = 2T₃ + 1 = 15 = 2⁴ - 1 (원판이 4개일 때)

...

T_n = 2T_{n -1} + 1 = 2ⁿ - 1 (원판이 n개 일 때)

여기서 마지막 항이 하노이 탑 수열의 일반항이다. 이처럼 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용한 하노이 탑 게임을 통해 수열의 귀납적 정의를 이해할 수 있고, 지수의 개념에 대해서도 배울 수 있다.

또한 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하면 톱니 원판을 이용한 최소공배수 학습을 할 수 있다. 도 3에 나타낸 것처럼 막대(40a)에 삽입된 크기가 가장 큰 원판(50a)과, 막대(40b)에 삽입된 크기가 가장 작은 원판(50d)이 각각의 톱니를 통해 서로 맞물리도록, 막대(40a, 40b)들을 상부판(22)의 결합 구멍(42)에 끼운다. 톱니의 개수가 서로 다른 2개의 원판을 회전시키면서, 두 원판이 맨 처음 맞물렸던 톱니 위치에서 언제 다시 맞물리는지를 보면 최소공배수를 구할 수 있다. 가령 크기가 가장 큰 원판(50a)의 톱니 수가 30개이고, 크기가 가장 작은 원판(50d)의 톱니 수가 12개라고 하면, 원판(50a)은 2바퀴, 원판(50d)은 5바퀴 회전한 다음 처음 위치에서 다시 맞물리게 된다. 따라서 최소 공배수는 30*2, 또는 12*5, 즉 60이 된다.

도 4는 본 고안에 따른 다기능 학습 교구에 포함되는 다양한 실험용 부품들을 보여준다. 이러한 부품들은 역학용 추(110), 수레(120), 연결용 줄(130), 빗면 실험용 도르래(140) 및 고정대(150)를 포함한다.

역학용 추(110)는 무게가 서로 다른 여러 개의 추(110a, 110b, 110c)를 포함한다. 각각의 역학용 추(110)에는 도 4에 나타낸 것처럼 추걸이가 형성되어 있다. 수레(120)는 2개의 앞바퀴(126)와 2개의 뒤바퀴(124), 수레의 몸체 상부면에서 위쪽으로 돌출 고정된 봉(122), 수레 앞면에 부착된 연결부(128)를 포함한다. 연결부(128)는 도 4에서 고리 형상인 것으로 나타내었지만, 이와 달리 역학용 추(110)의 추걸이와 같은 형상으로 할 수도 있다. 수레(120)의 바퀴(124, 126)는 착탈이 가능한 것이 좋다. 연결용 줄(130)은 양끝에 고리가 형성되어 있다. 빗면 실험용 도르래(140)에는 빗면판(60)에 형성되어 있는 도르래 끼움용 구멍(66)에 삽입되는 삽입봉(142)이 포함되어 있다. 고정대(150)는 도 6에 나타낸 도르래 실험을 위한 것으로서, 긴 직육면체 모양의 지지판(152)과, 이 판의 한쪽 면에 배열되어 있는 제1 고정봉(154), 걸이(158), 제2 고정봉(156)을 포함하는 구조로 되어 있다.

도 5는 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하여 빗면 실험을 하는 과정을 보여준다. 앞에서 설명했던 것처럼 제1 빗면용 판(62)과 제2 빗면용 판(64)을 결합 조립하여 서로 연결된 하나의 빗면용 판을 만든 다음, 서랍(30)을 상자(20)에서 빼내고 외부판(31)에서 높이 조절판(33)을 위쪽으로 빼 올린다. 이 때 상자(20)의 상부판(도 1의 22)은 해체한다. 높이 조절판(33)을 어느 정도 빼낼 것인지는 빗면 실험의 조건에 따라 다르다. 도면에 표시하지는 않았지만, 높이 조절판(33)에 눈금을 매겨 빗면 실험 조건에 맞게 높이 조절판(33)의 높이를 정확하고 쉽게 조절할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 조립된 빗면용 판의 한쪽을 높이 조절판(33) 위쪽의 단차(37)에 걸치고 빗면용 판의 다른 쪽은 상자(10)의 바닥면에 닿도록 한다. 도르래(140)의 삽입봉(142)을 도르래 끼움용 구멍(66)에 끼우고, 역학용 수레(120)를 빗면용 판 위에 올려놓는다. 수레(120)의 봉(122)에 원판(50)을 끼우고, 연결용 줄(130)을 이용하여 수레(120)와 역학용 추(110)를 도르래(130) 양쪽에서 연결한다. 원판(50)의 크기와 추(110)의 무게는 빗면 실험 조건에 따라 정해진다.

본 고안의 다기능 학습 교구를 이렇게 구성하면, 수레의 무게(도 5의 예에서는 원판(50)을 포함한 무게)와 수레의 높이(높이 조절판(33)의 높이에 따라 정해지는 수레의 높이)에 따라, 수레의 위치 에너지(수레가 움직이지 않도록 하는 추(110)의 무게로 측정 가능한 위치 에너지)가 변한다는 점을 확인할 수 있다. 또한 수레(120)에서 바퀴를 제거하면 정지 마찰력을 실험할 수 있고, 정지 마찰력과 무게력의 접선 등을 학습할 수 있다.

한편 역학용 추(110)와 도르래(130)를 제거하고 수레(120)만 이용한 빗면 실험을 통해 속력, 평균속도 및 가속도 학습을 할 수 있다. 도면에 나타내지는 않았지만, 이를 위해서는 수레(120)에 종이 테이프를 붙이고 그 끝에 시간 기록계를 끼운 다음 수레(120)를 빗면용 판에서 굴린다. 수레가 아래로 내려갈수록 종이 테이프에 찍힌 타점의 간격이 좁아지는데, 이를 통해 수레가 아래로 내려갈수록 속도가 빨라지는 가속도 현상을 학습할 수 있다. 또한 종이 테이프에서 각 구간의 길이를 측정하면 구간 별 평균 속도를 구할 수 있다.

도 6은 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하여 도르래 실험을 하는 것을 보여준다.

높이가 서로 같은 막대(40) 2개를 상부판(22)의 삽입구(24)에 끼워 고정한다. 고정대(150)를 준비한 다음 지지판(152)에 설치되어 있는 제1 고정봉(154)과 제2 고정봉(156)을 막대(40)의 결합구멍(42)에 삽입한다. 이렇게 하면, 고정대(150)가 도르래 실험을 위해 필요한 고정 부위 역할을 할 수 있다.

도 6에서는 연결용 줄(130)의 한쪽 끝을 고정대(150)의 걸이(158)에 고정하고, 도르래용 원판(50b)의 중심에 물체(추, 110)가 매달려 있는 움직 도르래 실험 과정을 나타내었다. 학습자(160)가 줄(130)을 잡아당기면, 도르래용 원판(50b)이 돌아가면서 추(110)가 매달린 도르래용 원판(50b)의 중심도 위아래로 움직인다. 이 움직 도르래는 고정 도르래와 달리 물체를 잡아당기는 힘의 방향을 바꿀 수는 없지만 원판(50b)에 건 줄(130)이 양쪽에서 추(110)의 무게를 지탱하기 때문에 추 무게의 1/2의 힘만으로도 추(110)를 위로 끌어올릴 수 있다. 그러나 추(110)가 올라가는 높이의 2배에 해당하는 거리만큼 힘을 가해야 한다.

한편 도면에는 나타내지 않았지만, 도르래용 원판(50b)의 중심을 고정대(150)의 걸이(158)에 연결하여 고정하고, 역학용 추(110)를 연결용 줄(130)의 한쪽에 걸면, 다기능 학습 교구를 고정 도르래 실험에 사용할 수도 있다. 도르래용 원판(50b)의 중심이 고정되어 위치가 변하지 않고, 원판(50b)에 걸려 있는 연결용 줄(130)의 반대쪽을 잡아당겨 연결용 줄의 한쪽에 있는 역학용 추(110)를 끌어 올린다. 이러한 고정 도르래를 이용하여 추(110)를 들어 올리기 위해서는 추(110)의 무게와 같은 크기의 힘을 주어야 하고, 추(110)가 올라가는 높이와 동일한 거리만큼 연결용 줄(130)을 잡아 당겨야 한다. 따라서 힘이나 이동 거리에서 아무런 이득이 없지만, 힘의 방향을 바꿀 수 있다는 이득이 생긴다.

또한 도면에는 나타내지 않았지만 앞에서 설명한 고정 도르래와 움직 도르래를 함께 사용하면 본 고안에 따른 다기능 학습 교구를 이용하여 복합 도르래 실험을 할 수도 있다. 복합 도르래는 고정 도르래와 움직 도르래의 장점을 모두 활용할 수 있다.

지금까지 도면을 참조로 본 고안을 실시하기 위한 구체적인 구조를 설명하였는데, 본 고안의 권리범위는 여기서 설명한 특정된 구조나 형상으로 한정되지 않고, 이와 균등한 구조나 형상에까지 미친다.

100: 본 고안에 따른 다기능 학습 교구
10: 다기능 학습 교구의 몸체
20: 상자
30: 서랍
33: 높이 조절판
40: 막대
50: 원판
50b: 도르래용 원판
60: 빗면용 판
110: 역학용 추
120: 수레
130: 연결용 줄
140: 빗면 실험용 도르래
150: 고정대

Claims (5)

1. 다기능 학습 교구로서,
   속이 빈 상자와 이 상자에 넣었다 뺐다 할 수 있는 서랍을 포함하는 몸체와,
   여러 개의 막대와,
   빗면용 판과,
   둘레에 톱니가 형성되어 있는 원판을 포함하며,
   상기 막대의 한쪽 끝에는 결합봉이 형성되어 있고, 상기 상자의 상부판에는 상기 막대의 결합봉이 삽입될 수 있는 여러 개의 삽입구가 형성되어 있고,
   상기 서랍의 외부판에는 이 외부판과 끼움 결합되어 아래 위로 올렸다 내렸다 할 수 있는 높이 조절판이 조립되어 있으며,
   상기 빗면용 판은 상기 서랍의 길이보다 짧은 제1 빗면용 판과 제2 빗면용 판을 포함하고, 이 제1 빗면용 판과 제2 빗면용 판을 조립하여 상기 빗면용 판이 형성되고, 빗면용 판의 한쪽을 상기 높이 조절판의 윗면에 걸칠 수 있는 구조로 된 다기능 학습 교구.
2. 제1항에서,
   상기 원판의 톱니 가운데에는 홈이 형성되어 있고, 이 원판을 도르래용 원판으로 사용할 수 있는 구조로 된 다기능 학습 교구.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   무게가 서로 다른 여러 개의 역학용 추와,
   착탈이 가능한 바퀴, 위쪽으로 돌출된 봉, 연결부를 포함하는 역학실험용 수레와,
   양끝에 고리가 형성되어 있는 연결용 줄과,
   상기 빗면용 판에 고정될 수 있는 삽입봉이 형성되어 있는 빗면 실험용 도르래와,
   상기 막대의 한쪽 끝에 형성되어 있는 결합 구멍에 삽입될 수 있는 제1 고정봉과 제2 고정봉, 걸이 및 상기 제1 고정봉, 제2 고정봉, 걸이가 고정되어 있는 고정대를 더 포함하는 다기능 학습 교구.
4. 제3항에서,
   상기 높이 조절판에는 돌기가 형성되어 있고 상기 서랍의 외부판에는 홈이 형성되어 있고, 이 돌기와 홈의 끼움 결합에 의해 상기 높이 조절판과 외부판이 조립되는 구조로 된 다기능 학습 교구.
5. 제1항에서,
   상기 원판은 크기가 서로 다른 여러 개의 원판을 포함하고, 2개의 원판을 상기 막대에 끼웠을 때 원판의 톱니가 서로 맞물릴 수 있도록, 상기 상자의 상부판의 삽입구가 배열되어 있는 구조로 된 다기능 학습 교구.

Images