KR20210115393A - 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구에 관한 것이다.
학생들이 물리학, 특히 지구물리학과 중력변화, 마찰력, 자력 등의 분야를 이론적으로 학습하는 경우 특이하게 흥미를 갖는 일부 학생외에는 대부분이 학습 초기에 포기하거나 혹은 무관심으로 일관하여 학습효과를 얻기 어려운 현실이다
본 발명은 자력조절부, 중력방향조절부, 조정핸들을 포함하여 이루어진 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구를 개발하였다.
특히나 자력의 변화, 강도의 변화, 중력의 변화, 마찰과 자력의 관계 등 어려운 물리학 개념을 다양한 마찰조절구와 무게 및 크기 조절구의 다양한 선택과 조합으로, 물리학이 재미롭다는 느낌을 주어 학습효과를 최대화 할 수 있게 하였다.

Description

자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구{Learning experiment kit for friction and gravity theory using magnetic power}

본 발명은 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구에 관한 것이다.

특히 본 발명은 자력의 강도변화, 마찰력, 중력변화등을 게임을 통하여 학습가능하게 하는 학습교구에 관한 것이다.

학생들이 물리학, 특히 지구물리학과 중력변화, 마찰력, 자력 등의 분야를 이론적으로 학습하는 경우 특이하게 흥미를 갖는 일부 학생외에는 대부분이 학습 초기에 포기하거나 혹은 무관심으로 일관하여 학습효과를 얻기 어려운 현실이다.

이러한 단점을 개선하고자 중력, 자력 등의 학습교재를 다양하게 개발제공하지만 단순한 무게변화, 자력의 변화 등의 단순 기구적 구조에 머물고 있어 학생들의 흥미를 유발하기에는 역부족이다.

본 발명은 자력의 강도변화, 마찰력, 중력변화등의 어려운 물리학습을 게임과 같이 즐기면서 학습가능하게 하는 교구를 제공하고자 한다.

특히 학생들이 조립하면서 무게변화, 방향변화, 자력강도 변화를 주면서 변화상태를 직접 느끼고 체험하는 교구를 제공하고자 한다.

본 발명은 자력조절부, 중력방향조절부, 조정핸들을 포함한 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구를 개발하였다.

본 발명은 특히 자력조절부에 의하여 자력을 학습자가 임의로 변화할 수 있게 하여, 변화에 따른 동작의 변화를 체험하게 하는 교구를 개발하였다.

본 발명은 학습자가 자력조절부에 자석을 학습자가 원하는 대로 다층으로 설치하고, 중력방향조절부에서는 무게와 크기를 다양하게 변화하면서 설치할 수 있다. 이렇게 설치후에는 조정핸들로 도 7, 8 그리고 9에 나오듯이 게임을 즐기듯이 자력, 중력, 속도변화 등을 체험하면서 어렵게 느끼던 지구물리와 물리학등을 손쉽게 체험학습하게 할 수 있다.

특히나 자력의 변화, 강도의 변화, 중력의 변화, 마찰과 자력의 관계 등 어려운 물리학 개념을 다양한 마찰조절구와 무게 및 크기 조절구의 다양한 선택과 조합으로, 물리학이 재미롭다는 느낌을 주어 학습효과를 최대화 할 수 있게 하였다.

도 1 은 본 발명의 분해 조립상태를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명의 분해 조립상태를 도시한 하부에서 본 사시도,
도 3 은 본 발명의 중력방향 조절부의 하부에서 본 사시도,
도 4a 와 4b는 본 발명의 중력및 크기조절구를 대소 변화하면서 조립상태사시도,
도 5 는 본 발명의 자력조절부와 중력방향조절부의 조립상태를 도시한 단면도,
도 6a 와 6b 는 조정핸들에 의한 실제 동작상태를 도시한 평면도,
도 7 은 본 발명의 조립의 순서를 도면대용 실물사진에 의한 설명도,
도 8 은 본 발명의 조립후에 다양한 동작사용을 설명하는 도면대용 실물사진에 의한 설명도,
도 9 는 본 발명의 조립후에 다양한 변화를 주면서 사용하는 도면대용 실물사진에 의한 설명도임.

이하 본발명의 대표적 실시예를 첨부한 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 제시하는 실시예는 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

다양한 구성요소가 다른 구성요소에 "설치하다", "연결되어" , 또는 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 설치, 고정, 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에서 제시하는 자석은 영구자석으로 주로 원통형을 예시하고 있다. 그러가 원통형이 아니라도, 4각, 중앙이 막힌 일반적인 통형, 원형등이 모두 사용가능하며, 다음의 예시로 본 발명의 구성을 제한하는 것은 아니다.

본 발명은

자력조절부(10),

중력방향조절부(20),

조정핸들(30)을 포함하여 이루어진 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구에 관한 것이다.

상기 자력조절부는,

중력방향조절부의 마찰조절구의 내측면에 다층으로 임의로 탈착고정할 수 있는 다층구조의 자석층(12)으로 이루어진다.

상기 자석층의 고정은 마찰 조절구의 중앙내측에 형성된 중심고정구에 의하여 억지끼움에 의하여 조립된다. 그리고 마찰조절구와 자석간의 접촉면에 접착층(11)을 설치하여 조립된다. 자석층은 조립해체가 가능한 구조이다.

이러한 특징은 무게 및 크기 조절구의 크기를 다양하게 교체하면서 조립하여, 크기와 무게의 변화에 따른 회전속도의 변화를 직접 체험하여 학습효과를 배가하도록 한다.

접착층이란 중력방향 조절부의 내측면과 자석이 일체로 되기 위한 구조물로, 일반적인 접착제 접착테이프류등, 자석과 내측면이 일체로 이루어지는 것은 제한없이 사용이 가능하다.

본 발명에서 상기한 접착층은 회전동작과 이동동작시 자석이 이탈이 될 염려가 있기 때문에 설치한 것으로 접착층이 없어도 자석을 억지 끼움식으로 고정가능하다.

자석은 원통형으로 구성하며, 중앙에 고정을 위한 중앙공(13)을 형성하여 마찰 조절부의 중앙에 있는 중심고정구(21)에 고정가능토록 한다.

본 발명에서 중심고정구(21)는 자석을 설치함에 있어, 원활한 회전동작을 이루기 위해서는 정확한 마찰조절구(23)의 중심에 정확하게 배치하여야한다. 이러한 정확한 배치를 위한 중심좌표로 동작하는 것이 중심고정구로서, 학생들이 실습함에 있어, 중심을 잘못잡아 동작이 불량하게 되어, 체험실습에 있어 흥미를 잃거나 자신감을 잃어버리는 단점을 최소화하여 학습효과를 극대화하기 위한 것이다.

상기 중력방향조절부는,

반구 형태의 마찰조절구(23)

상기 마찰조절구의 내측 중심에 돌출형성한 중심고정구(21),

상기 마찰조절구(23)의 외주연을 따라 돌출형성된 조립돌기(23a)와 조립고정되는 무게 및 크기 조절구(22)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구이다.

상기 무게 및 크기조절구는 외주연을 따라 돌출형성된 구조로서, 이곳에 무게조절이 가능한 다양한 물체들을 결합하여 줌에 따라 회전시 발생하는 중력가속도의 조절을 임의로 가능하게 한다.

더나아가서 색상을 갖도록 하여, 회전시 착시현상을 함께 느낄수 있게 하여 학습효과를 더욱 높일 수 있다.

보다 구체적으로 도 4a 와 4b 에 도시하듯이 중력및 크기 조절구(22)를 교체하기 쉽도록 구성하였다. 그리고 마찰조절구의 외주연 하단에 조립돌기(23a)와 매칭되도록 형성한 다양한 무게 와 크기를 갖는 무게 및 크기 조절구(22)를 조립구성할 수 있다. 도면에는 원형의 돌출부를 원형으로 배치하였으나. 이외에도 무게추, 날개와 같은 연질의 필름, 야광필름, 소리발생기 등을 부착하여 다양한 효과와 그에 따른 변화를 학습자가 관찰가능하게 하였다.

조정핸들은,

중력방향조절부의 마찰조절구 중앙 꼭지부와 점접촉이 이루어지는 원통형핸들바(31)와, 양 단에 손으로 파지하여 회전이나 상하좌우로 이동조절하도록 손잡이(32)로 이루어진다.

상기 원통형 핸들바는 원통형을 예시하였으나, 사각바, 육각바등의 다각형바로 사용하여도 동일한 효과를 거둔다. 다만. 각형바의 경우 모서리부에 접하는 경우 오동작이 발생할 여지가 많으므로 예시하지 않은 것으로 모두 당업계의 통상의 지식을 가진자가 얼마든지 대체가능한 것으로 본 발명의 기술적 범위에 속한다.

원통형 핸들바는 기본적으로는 금속, 특히 자성에 반응하는 금속재질이다. 이러한 금속재질은 상기한 자력조절부의 중심고정구에 고정한 자석의 자력에 의하여 마찰조절구(23)의 상단 꼭지점에 점접촉을 이루게 된다. 점접촉을 이룸에 따라 약간의 힘의 변화가 발생하면 이 점접촉점을 중심으로 지구중력이 가해지는 방향에 따라 회전동작이 이루어진다.

보다 구체적으로는 도 6a와 6b에 도시하듯이 핸들바의 한쪽을 높여 주게 되면 방사형으로 배치한 중력조절구(22)의 무게가 중력방향으로 하향하면서 상기 점접촉점을 중심으로 회전운동이 발생하게 된다.

이러한 회전운동은 중력조절구에 설치한 무게에 따라 회전속도와 방향들이 다양하게 변화하게 됨에 따라 학생들은 중력과 가속도 그리고 자력의 변화등을 한꺼번에 눈으로 관찰하면서 어렵던 물리와 지구과학의 원리를 손쉽게 이해가능한다.

즉, 학생들이 핸들바의 두께, 원통크기 그리고 자석의 강도변화에 의한 회전속도의 변화를 직접 체험하게 할 수 있게 하였다.

본 발명의 특징에 따른 실제 학생들을 위한 학습에 대한 구체적인 형태는 다음과 같다.

도 7의 도면 대용 사진에 설명하듯이,

무게 및 크기조절구(22)에 학생들이 원하는 색상이나 모양을 디자인한다. 그리고 자석은 중앙공(13)을 중심고정구(21)에 억지끼움식으로 조립하여 준다.

이어서 무게 및 크기조절구(22)를 조립공에 조립하여 준다. 이러한 조립고정방식은 저학년 초등학생누구나 조립해체가 가능하므로 어려운 물리학습을 하면서 아무런 학습부담을 느끼지 않게 해준다.

필요에 따라서는 동작시 발광하는 LED발광체와 같은 도구를 함께 부착하여 다양한 기능을 덧붙여 줄수도있다.

이렇게 조립된 상태에서 사진도면에 도시하듯이 조정핸들을 한손으로 혹은 양손으로 잡고 상하로 좌우측의 높이를 조절하면서 회전속도와 방향을 조절하도록 미션을 부여하게 한다. 또는 조정핸들을 구부려준 상태에서도 동작을 시키면서 다양한 동작의 변화를 육안으로 관찰하여 흥미를 더욱 유발할 수 있다.

이러한 본 발명은 도 8에 도시하듯이, 경사방향의 이동과 함께, 좌우회전방향도 학습자가 임의로 조절할 수 있다. 이러한 조절은 도 9에 도시하듯이 좌우에서 출발하면서도 진행중 회전방향의 조절이라는 보다 고차원적인 미션의 수행으로 학생들이 중력, 가속도, 자력의 변화를 몸으로 느끼면서 어려운 물리학이 아닌 재미있는 물리학이라는 개념을 주게한다.

10:자력조절부, 20:중력조절부, 30:조정핸들
11:접착층, 12:자석층
22:무게 및 크기 조절구, 23: 마찰조절구, 21: 중심고정구, 23a:조립돌기
31:원통형핸들바, 32:손잡이

Claims (6)

1. 자력조절부,
   중력방향조절부,
   조정핸들을 포함하여 이루어진 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 중력방향조절부는,
   반구 형태의 마찰조절구(23)
   상기 마찰조절구의 내측 중심에 돌출형성한 중심고정구(21),
   상기 마찰조절구(23)의 외주연을 따라 돌출형성된 조립돌기(23a)와 조립고정되는 무게 및 크기 조절구(22)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   중력방향조절부는,
   자력조절부의 중심에 고정하는 중심고정구,
   상기 중심고정구의 외측으로 방사형으로 배치한 무게 및 크기조절구,
   상기 무게 및 크기 조절구로부터 자력조절부를 향하여 반구형으로 배치한 마찰조절구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   무게 및 크기 조절구와 마찰 조절구는 임의로 조립 해체가능한 구조인 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   마찰 조절구는 돌출 형성한 중심고정구에 자석의 중심을 임의로 조립해체가능한 구조인 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구.
6. 제 1 항에 있어서,
   조정핸들은,
   중력방향조절부의 마찰조절구 중앙 꼭지부와 원통형핸들바의 사이는 점접촉이 이루어지는 것을 특징으로 하는 자력을 이용한 마찰 및 중력학습교구.
   
   
   
   

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