KR20180008364A - 마찰력, 이동궤적, 가속도 실험키트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부피가 작고 다양한 변인에 따른 마찰력 측정 실험을 할 수 있는 마찰력 측정 실험키트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중력 조절부와 경사면 거치대, 고정부를 사용한 마찰력 실험키트에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 경사면에 다양한 재질을 고정할 수 있게 하고 경사면을 기울일 수 있게 하고 가하는 힘을 추를 통해 조절 가능하도록 하여 다양한 마찰력 실험을 간단하게 할 수 있도록 한다.

Description

마찰력, 이동궤적, 가속도 실험키트{omitted}

본 발명은 마찰력, 이동궤적, 가속도를 측정할 수 있는 실험키트로 경사면을 이용한다. 경사면의 기울기를 조절하며 추의 질량에 따라 중력의 크기를 조절해가며 특정 물체에 가할 힘을 결정한다.

경사면에 압지를 고정하여 물체의 이동궤적을 기록하여 볼 수 있다. 다양한 재질의 바닥면을 경사면에 고정하여 비교 실험할 수 있다. 본 발명은 크게 경사면, 경사면 거치대, 중력 조절부(추를 올려두는 판과 고정도르래 장치)로 나뉜다.

일반적으로 최대정지마찰력의 크기를 측정하는 실험키트는 존재하나 그 부피가 매우 크다. 기존 제품은 어린 나이의 학생들(유치원생~초등 저학년)이 사용하기에는 복잡하다는 어려움이 있으며 기능도 최대정지마찰력의 측정뿐으로 매우 좁게 한정되어있어 실험키트의 부피, 가격에 비하여 기능이 적다는 문제점이 있다. 경사면의 재질이 고정되어 있어 마찰 재질에 따른 실험이 불가하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 어린 연령의 학생들이 가격과 부피 부담이 적은 실험키트로 보다 쉽게 마찰력, 중력의 개념을 익히고 다양한 변인(가한 힘, 바닥면 재질, 경사)에 따라 다양한 항목(마찰력, 이동궤적, 가속도)을 측정할 수 있도록 하는 목적으로 한다.

유아용 실험키트의 목적에 맞도록 보다 쉬운 작동이 가능하며 부피를 적게 차지하도록 하기 위하여 실험의 경향 분석 및 현상 이해에 필요할 정도로 사용 가능하도록 각도는 3단계로 조절 가능한 형태로 바꾸었다. 경사면의 모서리에 삼각형 모양의 주머니를 부착하여 다양한 재질인 면의 꼭짓점을 삼각 주머니에 넣어 끼우고 교체할 수 있는 형식으로 하여 다양한 재질의 마찰면에 대해 비교 실험할 수 있다. 중력 조절부에 올려두는 추의 질량을 조절하여 기울기 변화의 폭이 크지 않아도 마찰력 범위의 힘과 유사한 크기의 힘을 가하도록 맞출 수 있어 실험에 필요한 기기의 크기를 줄일 수 있다.

학생들이 경사면과 도르래를 통하여 보다 쉽게 최대정지마찰력을 측정할 수 있다. 기존 최대정지마찰력을 측정하는 기기는 기울기에 따른 중력의 벡터 방향 변화를 사용하였으나 이 아이디어는 보다 작은 크기의 간단한 실험키트로 도르래와 추를 사용한다. 중력이라는 개념을 시각적으로 보다 쉽게 확인할 수 있으며 고정 도르래의 원리도 배울 수 있다. 최대정지마찰력보다 더 큰 힘을 가하여 구한 가속도를 이용하여 운동마찰력을 측정하거나 기존의 실험키트에서는 구할 수 없던 이동궤적까지 기록으로 남겨 눈으로 쉽게 확인할 수 있다. 재질, 접촉면, 질량에 따른 마찰력의 차이를 시각적으로 직접 보고 쉽게 배울 수 있다. 경사면의 각도를 3단계로 조절해보면서 어떠한 차이가 나타나는지도 관찰분석할 수 있다. 중력 조절부에 올려두는 추의 질량을 조절하여 같은 기울기에서 물체가 미끄러지지 않게 하는 최소 질량을 알아내어 기울기에 따라 비교할 수 있으며 큰 질량을 얹어 미끄러지기 시작하는 기울기 단계를 알아볼 수도 있다.

도1은 상기 발명을 측면에서 바라본 전체도이다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 발명의 측면 전체 모습을 나타낸 것이다. 도1에서 나타나는 발명의 모습으로 발명을 사용하는 방법은 다음과 같다. 경사면 지지대인 31(a)를 조절하여 경사면 11(a)의 기울기를 실험에 필요한 정도로 맞춘다. 경사면으로 사용하고 싶은 재질의 판 13(a)을 골라서 주머니 형태의 12(a)에 각 모서리를 끼워 고정한다. 물체에 가하고자 하는 힘의 크기에 따라 중력조절부의 판 22(a)에 얹을 추 23(a)의 총질량을 조절한다. 실험하고자 하는 대상 물체 14(a)를 경사면 위에 얹고 고정도르래 장치 21(a)를 통해 중력조절부의 판과 연결한다. 위의 과정으로 기본 세팅을 한다. 기울기가 0인 상황에서 14(a)가 미끄러지지 않는다면 23(a)를 늘려가며 움직이기 시작하는 최소 힘으로 최대정지마찰력을 구할 수 있다. 14(a)의 종류는 다양한 재질의 같은 크기 물체, 같은 재질의 크기가 다른 물체, 같은 질량의 재질과 크기가 다른 물체 또는 바퀴가 달린 물체 등으로 바꿀 수 있다. 13(a)를 변경하여 거칠거칠한 면, 매끈한 면 등의 경우도 실험할 수 있으며 일반 종이 위에 먹지를 같이 12(a)에 고정하여 바퀴 물체를 사용하는 경우 물체의 이동 궤적을 기록할 수도 있다. 기울기, 마찰면과 물체의 재질 등을 조절하며 달라지는 결과 양상을 관찰하며 다양한 실험이 가능하다.

11(a)는 경사면이다.
12(a)는 다양한 재질의 마찰면을 끼워넣어 고정할 수 있는 주머니 형태로 경사면 위 4곳의 꼭짓점에 있는 고정부이다.
13(a)는 바꿔 끼며 여러 재질의 마찰면 효과를 내도록 사용할 수 있는 다양한 재질로 된 얇은 두께의 판 모양이다.
14(a)는 실험키트에서 실험하고자 하는 대상 물체이다.
21(a)는 실험 물체와 질량을 얹은 판을 연결해주는 중력조절부의 고정도르래 장치이다.
22(a)는 질량을 올려두어 가하는 힘을 조절하는 중력조절부의 판 부분이다.
23(a)는 중력조절부의 판에 올려두는 추이다.
31(a)는 경사면의 기울기를 단계별로 조절할 수 있도록 지지해주는 경사면 거치대이다.
본 발명은 마찰력, 이동궤적, 가속도를 모두 측정할 수 있는 유아용 다기능 실험키트 학습교구이다. 경사면은 거치대의 위에 부착되어 있으며 거치대의 뒷면에 중력 조절부가 연결되어있는 형태이다. 중력 조절부의 추를 올려두는 판은 고정도르래를 거쳐 경사면 위의 물체와 실로 연결할 수 있다.

Claims (1)

1. 마찰력 실험키트에 있어서,
   경사면을 여러 단계로 기울일 수 있도록 높이 조절이 가능한 경사면 거치대;
   물체에 가하는 힘을 조절할 수 있도록 다양한 질량이 추를 올릴 수 있는 공간이 되는 판;
   추가 올려진 판과 경사면 위에 올려진 물체를 연결해주는 고정도르래 장치;
   경사면에 다양한 재질의 면을 끼워 고정할 수 있는 주머니 형태의 고정부를 구성하는 것을 특징으로 하는 마찰력 실험키트.

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