KR20120128262A - 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지지체(10): 고정부(21)와;‘U’자형의 한 쌍의 걸이부(22)를 갖추고서, 고정부(21)를 매개로 지지체(10)에 삽탈가능하게 설치되며, 전체적으로‘Y’자 형상을 이루는 지지대(20): 중앙이 개구되고, 둘레면에는 외향으로 상호 대향되게 돌출되어 걸이부(22)에 걸려 지지되는 핀부재(31)를 구비한 팽이설치대(30): 중앙이 개구된 설치판(41)과; 외향으로 돌출되는 한 쌍의 톱니(42a)를 구비하며 설치판(41)과 직교되게 설치판(41)의 개구된 중앙에 배치되는 회전판(42)과; 설치판(41)의 둘레면과 회전판(42)의 중앙을 수직하게 관통하는 회전축(43)과; 설치판(41)에 설치되어 회전판(42)의 둘레면 감싸듯 설치되는 이탈방지링(44)을 갖추고서, 외향으로 돌출된 회전축(43)을 매개로 팽이설치대(30)의 개구된 중앙에 회전가능하게 설치되는 자이로팽이(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 지지체와 지지대, 팽이설치대 및 자이로팽이와 같이 그 구조가 매우 단순하기 때문에 초등학생 또는 중학생의 아이들이 손쉽게 조립할 수 있고, 조립된 학습교구를 이용하여 직접 실험해 봄으로서, 자이로스코프의 원리를 쉽게 체득할 수 있으며, 나아가, 자이로스코프가 적용되고 있는 분야에 대해 교사가 아이들에게 가르쳐 줄 경우 아이들이 응용분야에 대해 좀 더 생각해 볼 수 있을 것이므로, 과학에 대한 흥미 유발을 꾀할 수 있는 이점이 있다.

Description

자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구{Education Device For Gyroscope Of Teching}

본 발명은 학습교구에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 초등학생 또는 중학생의 아이들이 자이로스코프를 직접 조립 및 실험해 볼 수 있는 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구에 관한 것이다.

일반적으로, 회전의자에 앉아서 의자를 돌리면 멈추려는 발을 땅에 대거나 다른 사람이 잡아서 멈출 때까지 회전의자는 계속 돌게 된다. 또한, 팽이를 회전시키면 팽이는 계속해서 회전하게 되는데, 이와 같이, 회전하는 물체가 외부에서 강제로 정지시킬 때까지 계속해서 회전하려는 성질을 회전관성(Moment of inertia)이라 한다.

또한, 회전하는 물체는 회전관성(Moment of inertia) 이외에, 회전축의 방향을 유지하려는 성질로 인해 안정된 상태를 유지하게 되는데, 이러한 현상을 자이로 효과(Gyro Effect)라 한다.

상기 자이로효과의 일 예로는, 달리는 자전거가 외력이 작용하지 않는 한 쉽게 쓰러지지 않는 경우, 총이나 대포의 내주면에 6줄에서 12줄의 강선이 형성되고, 이 강선을 따라 따라 총알이나 대포알이 회전되면서 외부로 발사는 경우 등이 이에 해당한다.

또한, 회전하는 팽이를 손가락으로 건들게 되면, 팽이는 쓰러지지 않고 타원을 그리며 돌게 되는데, 이러한 형상을 세차운동(Precessional Motion)이라 한다.

좀 더 상세히 설명하면, 세차운동(Precessional Motion)이란 회전체의 회전축이 움직이지 않는 어떤 축의 둘레를 도는 현상으로서, 아주 약한 외력의 모멘트가 수직으로 작용하여 생긴다.

상기 세차운동의 일 예로는, 지구의 자전축, 인공위성의 자전축 등이 세차운동을 하며, 그 양은 지구 적도부분이 부푼 정도로 결정된다.

따라서, 상기와 같이 회전하는 물체의 특성을 이용하여 만든 장치가 자이로스코프(Gyroscope)이다.

상기 자이로스코프란, 회전체의 역학적인 운동을 관찰하는 실험기구로 회전의(回轉儀)라고도 하는데, 이를 이용하여 지구가 자전하는 것을 실험적으로 증명할 수 있으며, 또한 로켓의 관성유도장치로 사용되는 자이로스코프, 이 원리를 응용한 나침반이 자이로컴퍼스, 선박의 안전장치로 사용되는 자이로안정기 등 넓은 범위에서 응용되고 있다.

상기와 같은, 단순해 보이는 자이로스코프 하나에도 과학의 원리의 숨어 있으며, 이러한 자이로스코프를 통해 물리적인 지식을 초등학생 또는 중학생의 아이들에 전달한다 하더라도, 초등학생 또는 중학생의 아이들은 쉽게 그 원리에 대한 이해를 못하는 바, 초등학생 또는 중학생의 아이들에 자이로스코프를 직접 조립토록 해보고, 조립된 자이로스코프를 이용해 직접 실험해 볼 수 있는 학습교구에 대한 필요성이 요구되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 비교적 단순하게 구성된 별도의 부재를 이용하여 직접 조립 및 실험을 해보고, 이를 통해 자이로스코프의 원리를 쉽게 교육전달할 수 있는 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

지지체:

고정부와;‘U’자형의 한 쌍의 걸이부를 갖추고서, 고정부를 매개로 지지체에 삽탈가능하게 설치되며, 전체적으로‘Y’자 형상을 이루는 지지대:

중앙이 개구되고, 둘레면에는 외향으로 상호 대향되게 돌출되어 걸이부에 걸려 지지되는 핀부재를 구비한 팽이설치대:

중앙이 개구된 설치판과; 외향으로 돌출되는 한 쌍의 톱니를 구비하며 설치판과 직교되게 설치판의 개구된 중앙에 배치되는 회전판과; 설치판의 둘레면과 회전판의 중앙을 수직하게 관통하는 회전축과; 설치판에 설치되어 회전판의 둘레면 감싸듯 설치되는 이탈방지링을 갖추고서, 외향으로 돌출된 회전축을 매개로 팽이설치대의 개구된 중앙에 회전가능하게 설치되는 자이로팽이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 지지체와 지지대, 팽이설치대 및 자이로팽이와 같이 그 구조가 매우 단순하기 때문에 초등학생 또는 중학생의 아이들이 손쉽게 조립할 수 있고, 조립된 학습교구를 이용하여 직접 실험해 봄으로서, 자이로스코프의 원리를 쉽게 체득할 수 있으며, 나아가, 자이로스코프가 적용되고 있는 분야에 대해 교사가 아이들에게 가르쳐 줄 경우 아이들이 응용분야에 대해 좀 더 생각해 볼 수 있을 것이므로, 과학에 대한 흥미 유발을 꾀할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구의 결합된 상태의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구에서 지지대를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구의 작동관계를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구는, 지지체(10), 지지대(20), 팽이설치대(30), 자이로팽이(40)로 구성된다.

상기 지지체(10)는 지지체바디(11)와 캡(12) 및 관체(13)로 구성되며, 지지대(20)를 고정하는 기능을 한다. 그리고, 상기 지지체바디(11)의 내부에는 자이로팽이(40)의 회전시 이를 지지하는 지지체(10)가 쓰러지는 것을 방지하기 위하여 공지의 지점토(14)가 더 보강 구비된다.

상기 지지체바디(11)는 내부에 수납공간이 마련되며 일면이 외향으로 개구된 공지의 컵이다. 본 실시 예의 경우 하나의 실시 예로서, 공지의 컵을 적용하였지만, 이는 어디까지나 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따른 지지체바디(11)와 동일한 기능을 수행할 수 있는 것이라면 모두 적용실시 가능하다.

상기 캡(12)은 지지체바디(11)의 개구부에 착탈가능하게 설치되어 개구부를 페쇄하는 것으로서, 캡(12)의 중앙에는 지지체바디(11)의 수용공간과 상호 연통되는 고정홀(12a)이 형성되어 있다.

상기 관체(13)는 공지의 빨대로서, 일단부가 지지체바디(11)에 내설되고, 타단부가 고정홀(12a)을 통해 외향으로 돌출된다.

본 실시 예의 경우 상기 관체(13)의 타단부에는 이하에서 설명될 지지대(20)의 고정부(21)가 삽탈가능하게 설치된다.

본 실시 예의 경우 상기 캡(12)과 관체(13)는 상호 분리된 것으로 도시 및 설명하였지만, 이는 어디까지나 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 캡(12)의 중앙에 관체(13)가 일체로 형성된 것으로 제조할 수 있을 것이다.

한편, 본 실시 예의 경우 상기 지지체바디(11)의 내측으로 지점토(14)가 더 보강 구비되는 것으로 도시 및 설명하였지만, 이는 어디까지나 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 지점토(14)와 동일한 기능을 수행할 수 있는 공지의 것이라면 모두 적용실시 가능하다.

도 3을 참조하면, 상기 지지대(20)는 공지의 철사를 구부려 제작한 프레임로서, 고정부(21)와;‘U’자형의 한 쌍의 걸이부(22)를 갖추고서, 고정부(21)를 매개로 지지체(10)에 삽탈가능하게 설치되며, 전체적으로‘Y’자 형상을 이루고 있다.

본 실시 예의 경우, 상기 지지대(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 길 철사의 중앙을 상호 대향되게 상 방향으로 90도로 절곡하고, 소정의 높이에서 외향으로 90도로 절곡하여 고정부(21)를 만들고, 그 다음 외향을 절곡된 철사를 상방향으로 90도 절곡한 상태에서 말단부를 전방을 향해‘U’자형으로 구부려 걸이부(22)를 만들어 준다.

상기와 같이 형성된 지지대(20)의 고정부(21)를 지지체(10)의 관체(13)에 삽입하여 입설되도록 하면 되며, 상기 걸이부(22)에는 이후에 설명된 팽이설치대(30)의 핀부재(31)가 회전가능하게 얹혀진다.

본 실시 예의 경우 철사를 이용해 지지대(20)를 형성하였지만, 이는 어디까지나 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 공지의 다양한 재료가 적요될 수 있으며, 또한, 본 실시 예의 경우 걸이부(22)이 형상을‘U’자형으로 형성하였지만, 이 역시 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 다양한 공지의 형상이 적용실시 될 수 있다.

상기 팽이설치대(30)는 소정의 두께를 갖는 중앙이 개구된 플레이트로서, 외면에는 외향으로 돌출되는 핀부재(31)가 설치된다.

본 실시 예의 경우 상기 한 쌍의 핀부재(31)가 수평 축방향(내측에서 외측으로)으로 삽입되어 돌출된다. 여기서, 상기 핀부재(31)는 공지의 나사볼트로서, 이는 어디까지나 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 상기 핀부재(31)와 동일한 기능을 수행할 수 있는 것이라면 모두 적용실시 가능하다.

그리고, 상기 팽이설치대(30)의 수직방향에 내주면에는 자이로팽이(40)의 회전축(43)이 삽입될 수 있도록 홈이 형성된다.

상기 자이로팽이(40)는 중앙이 개구된 설치판(41)과; 외향으로 돌출되는 한 쌍의 톱니(42a)를 구비하며 설치판(41)과 직교되게 설치판(41)의 개구된 중앙에 배치되는 회전판(42)과; 설치판(41)의 둘레면과 회전판(42)의 중앙을 수직하게 관통하는 회전축(43)과; 설치판(41)에 설치되어 회전판(42)의 둘레면 감싸듯 설치되는 이탈방지링(44)을 갖추고서, 외향으로 돌출된 회전축(43)을 매개로 팽이설치대(30)의 개구된 중앙에 회전가능하게 설치되는 공지의 기구이다.

상기 자이로팽이(40)의 경우 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 따른 자이로스코프의 조립순서에 대해 먼저 설명하면, 지지체바디(11)의 내측으로 관체(13)의 일단부를 수직하게 삽입하고, 지점토(14)를 매개로 관체(13)를 고정해 준다.

상기와 같이 관체(13)를 고정한 상태에서 지지체바디(11)의 상부를 캡(12)을 이용하여 패구시켜 주되, 캡(12)의 중앙에 형성된 고정홀(12a)에 관체(13)가 삽입되도록 하여 지지체(10)를 완성한다.

상기와 같이, 지지체(10)를 완성한 상태에서 철사를 여러 번 구부려 고정부(21)와 걸이부(22)가 일체로 형성된 지지대(20)를 형성한 다음, 관체(13)의 타단부 내측으로 지지대(20)의 고정부(21)를 삽입해 준다.

그 다음, 자이로팽이(40)의 회전축(43)을 이용하여 팽이설치대(30)의 개구된 중앙에 설치하며, 자이로팽이(40)가 설치된 팽이설치대(30)의 핀부재(31)를 이용하여 지지대(20)의 걸이부(22)에 안착시켜 주면 된다.

상기와 같이 조립된 본 발명에 따른 자이로스코프의 작용을 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.

우선, 톱니바퀴줄(50)의 톱니를 자이로팽이(40)의 톱니(42a)와 상호 맞물리도록 배치한 상태에서, 전방을 향해 강하게 당기게 되면, 회전판(42)은 회전축(43)을 중심으로 시계 방향으로 강하게 회전하게 된다.

그리고, 상기와 같이 회전판(42)이 회전축(43)을 중심으로 회전되고 있는 상태에서 실험자는 지지체(10)를 기울여 보고, 이러한 기울임에 따른 회전축(43)의 방향을 기록하면 된다.

본 실시 예의 경우 2축 자이로스코프에 대해 기재 및 도시하였지만, 이는 어디까지나 하나의 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 상기와 같은 방법을 통해 3축 자이로스코프를 제작할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 지지체(10)와 지지대(20), 팽이설치대(30) 및 자이로팽이(40)와 같이 그 구조가 매우 단순하기 때문에 초등학생 또는 중학생의 아이들이 손쉽게 조립할 수 있고, 조립된 학습교구를 이용하여 직접 실험해 봄으로서, 자이로스코프의 원리를 쉽게 체득할 수 있으며, 나아가, 자이로스코프가 적용되고 있는 분야에 대해 교사가 아이들에게 가르쳐 줄 경우 아이들이 응용분야에 대해 좀 더 생각해 볼 수 있을 것이므로, 과학에 대한 흥미 유발을 꾀할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 지지체 11: 지지체바디 12: 캡
12a: 고정홀 13: 관체 14: 지점토
20: 지지대 21: 고정부 22: 걸이부
30: 팽이설치대 31: 핀부재 40: 자이로팽이
41: 설치판 42: 회전판 42a: 톱니
43: 회전축 44: 이탈방지링 50: 톱니바퀴줄

Claims (3)

1. 지지체(10):
   고정부(21)와;‘U’자형의 한 쌍의 걸이부(22)를 갖추고서, 고정부(21)를 매개로 지지체(10)에 삽탈가능하게 설치되며, 전체적으로‘Y’자 형상을 이루는 지지대(20):
   중앙이 개구되고, 둘레면에는 외향으로 상호 대향되게 돌출되어 걸이부(22)에 걸려 지지되는 핀부재(31)를 구비한 팽이설치대(30):
   중앙이 개구된 설치판(41)과; 외향으로 돌출되는 한 쌍의 톱니(42a)를 구비하며 설치판(41)과 직교되게 설치판(41)의 개구된 중앙에 배치되는 회전판(42)과; 설치판(41)의 둘레면과 회전판(42)의 중앙을 수직하게 관통하는 회전축(43)과; 설치판(41)에 설치되어 회전판(42)의 둘레면 감싸듯 설치되는 이탈방지링(44)을 갖추고서, 외향으로 돌출된 회전축(43)을 매개로 팽이설치대(30)의 개구된 중앙에 회전가능하게 설치되는 자이로팽이(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지체(10)는,
   내부에 수납공간이 마련되며 일면이 외향으로 개구된 지지체바디(11)와;
   중앙에 고정홀(12a)을 갖추고서, 지지체바디(11)의 개구부를 폐쇄하는 캡(12)과;
   일단부가 지지체바디(11)에 내설되고, 타단부가 고정홀(12a)을 통해 외향으로 돌출되는 관체(13)로 구성된 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지체바디(11)의 내부에는 지점토(14)가 더 보강 구비되는 것을 특징으로 하는 자이로스코프의 원리교육을 위한 학습교구.
   

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