KR880001138Y1 - 지자력과 중력에 의하여 회동하는 완구 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

지자력과 중력에 의하여 회동되는 완구

제1도는 반구자석을 사용한 본 고안의 사시도.

제2도는 제1도의 종단면도.

제3도는 원반 자석을 이용한 본 고안의 사시도.

제4도는 제3도의 종단면도.

제5도는 본 고안의 작용 원리도.

제6도는 반구자석을 이용한 본 고안의 요부사시도.

제7도는 원반자석을 이용한 본 고안의 요부사시도.

제8도는 수평면에 있는 본고안의 작용원리도.

제9도는 본 고안에 대한 지자력의 영향도.

제10도는 본 고안의 힘의 평형을 취하려는 작용원리도.

제11도는 본 고안 작용원리에 관한 투시 평면도.

제12도는 본 고안 작용원리의 전면도.

제13도는 본 고안의 접점 이동도.

제14도는 본 고안의 작용원리의 측면도.

제15도는 힘의 합상에 의한 본 고안의 작용 원리도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 구면 1' : 중심점

2 : 반구자석 3 : 평면

4 : 너트공 5 : 모형

6 : 볼트 7 : 경사면

7' : 수평면 8 : 상면

9 : 하면 10 : 원반자석

11 : 반구 12 : 너트공

13 : 구면 14 : 접점

15 : 중력 16 : 회전력

17 : 일어서려는 힘 18 : 북인력

18' : 남인력 19 : 지구

20 : 지자석 21 : 마찰력

22 : 수평원운동 23 : 수직원운동

24 : 합성에 의한 힘

본 고안은 지자력(地磁力)과 중력(重力)에 의하여 회동하는 완구에 대한 것이다.

종래의 완구류중 움직이는 완구류는 태엽이나 건전지에 의하여 움직이도록 되어 있는 것이 있었으나, 이들은 그 구조가 복잡하고 고가일 뿐만 아니라 고장이 잦고, 또 자주 태엽을 감아주거나, 건전지를 갈아 끼우지 않으면 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 보완 개선키 위하여 그 구조가 극히 간단하여 고장이 없고, 값이 싸며, 또 대가를 지불하지 않고 얼마든지 사용할 수 있는 지자력과 중력을 새로운 에너지원으로 사용하여 회동케 함으로써 전동장치나 태엽은 물론 그밖의 어떠한 힘도 가하는 일없이 계속하여 수평원 운동을 하도록 한 것인데, 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1도, 2도에서 보는 바와 같이 한쪽 자극이 구면(1)으로 되어 있는 반구자석(2)의 평면(3)에 너트공(4)을 천공하고, 이 반구자석(2)의 평면(3)에 인형, 조화등 각종 동식물의 모형이나 그밖의 여러가지 회동시키고자 하는 모형(5)의 하단을 밀착시켜, 볼트(6)나 접착제, 빨판등으로 교정 시킨 다음 이것을 평면위에 놓았을 때에는 오뚜기와 같은 역할을 할 수 있도록 그 전체의 중심(重心)이 반구자석(2)위 구면(1)의 중심부(中心部)에 있도록 한 것을 비자성체로 된 경사면(7)이나, 비자성체로 된 불특정의 경사면 위에 올려놓은 것이다.

제3도,제4도에서 보는 바와 같이 제1도,제2도의 반구자석(2)대신에 상하 양면(8)(9)이 자극(磁極)으로 된 원반자석(10)하면(9)에 반구(11)를 밀착 고정 시키고, 원반자석(10)의 상면(8)에 너트공(4)을 천공한 다음 인형, 조화등 동식물의 모형이나 기타 회동 시키고자 하는 각종 모형(5)의 하단을 원반자석(10)의 상면(8)에 밀착시킨후 볼트(6)나 접착제, 빨판 등으로 고정시킨 다음 이것을 수평면 위에 올려 놓았을 때 오뚜기와 같은 역할을 할 수 있도록 그 전체의 중심(重心)이 반구(11)의 구면(13)의 중심(中心)부에 있도록 한 것을 비자성체로 된 경사면(7)위에 올려 놓아도 된다.

그리고 구면(1)과 평면(3)이 각각 자극(磁極)인 반구자석(2)위 평면(3)에 너트공(4)을 천공한 것을 수평면 위에 올려 놓았을 때 오뚜기와 같은 역할을 할 수 있도록 그 전체의 중심(重心)이 구면(1)의 중심부(中心部)에 있도록한 반구자석(2)이나, 또는 상하양면(8)(9)이 자극으로 된 원반자석(10)의 상면(8)에 너트공(4)이 천공된 것을 수평면 위에 올려 놓았을 때 오뚜기와 같은 역할을 할 수 있도록 그 전체의 중심(重心)이 반구(11)의 구면(1) 중심부(中心部)에 있도록한 것을 임의로 경사각을 조절할 수 있는 비자성체로 된 경사면(7) 위에 올려 놓아서 된 것이다.

이상과 같은 본 고안의 작용원리는 제8도에서 보는 바와 같이 지구(19)표면에 수평으로 놓여 있는 비자성체로 된 수평면(7')위에 반구자석(2)을 올려 놓게 되면 반구자석(2)의 구면(1)과 수평면(7')이 서로 접촉하는 접점(14)이 생기게 되는 이 접점(14)이 구면(1)의 중심점(中心點)(1')과 일치하게 되었을 때, 반구자석(2)이 어느 한쪽으로 기울어지면 오뚜기의 원리에 의하여 그 반대쪽으로 일어서려는 힘(17)이 작용하기 때문에 언제나 똑바로 서있게 된다.

그러나 제5도에서 보는 바와 같이 반구자석(2)이나 또는 모형(5)이 부착된 반구자석(2)을 비자성체로 되어 있는 경사면(7)위에 올려놓게 되면 아무런 동력을 가지지 않아도 반구자석(2)은 위에서 보았을 때표 방향이나, 그 반대 방향으로 회전하면서 북쪽이나 남쪽을 향해 이동하게 되며, 반구자석(2)에 부착된 모형(5)음 다음과 같다.

이와 같이 아무런 동력을 가하지 않았음에도 불구하고 반구자석이(2)나 또는 모형(5)을 부착시킨 반구자석(2)이 공과 같이 굴러가지 않고 시계방향이나 반 시계방향으로 수평원운동(22)을 하면서 남쪽이나 북쪽으로 이동하게 되는 주 요인은 여러가지 작용원리가 복합되어서 이루어지는 때문인데 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제9도에서 보는 바와 같이 지구(19)는 하나의 자석체로서 그 속에 있는 가상의 자석인 지자석(20)의 S'극은 북극에 있고, N'극은 남극에 있으며, 이 지자석(20)에 의해 생기는 지자력(地磁力)의 세기는 지자석(20)의 N'극이나 S'극에서 부터 멀어질 수록 약하고, 가까워질 수록 강하다.

이같은 지자력이 작용하는 지구(19)표면의 수평면(7')위에 구면(1)과 평면(3)의 자극이 각각 N극,S극인 반구자석(2)을 올려 놓았을 때 반구자석(2)가 지자석(20)은 작고, 큰 두 자석사이에서 작용하는 일반적인 성질에 따라 반구자석(2)의 N극에서는 자극N, S'간의 인력 및 자극 N, N'간의 척력에 의하여 반구자석(2)을 지자석(20)의 S'극이 있는 북쪽으로 끌고 가려는 북인력(北引力)(18)이 작용하고, 반구자석(2)의 S극에는 자극S, N'간의 인력 및 자극S, S'간의 척력에 의하여 반구자석(2)을 지자석(20)의 N'극이 있는 남쪽으로 끌고 가려는 남인력(南引力)(18')이 작용하는데 북인력(18)은 N극이 자극N', S' 에서 가까이 형성되어 있는 강력한 지자력에 의하여 생긴 힘이기 때문에 남인력(18')보다 강하며, 남인력(18')은 S극이 자극 N', S'에서 멀리 형성된 지자력에 의하여 생긴 힘이기 때문에 북인력(18)보다 약하다.

여기에서 반드시 유의해야 할점은 자극 S, N이 수직선상의 상하에 있을 때만 남, 북인력(18')(18)의 격차가 생기게 된다.

제10도에서 보는 바와 같이 경사면(7)위에 있는 반구자석(2)은 중력(15)에 의하여 낮은 쪽으로 굴러가게 되는데, 이는 접점(14)을 회전점으로 하여 하방으로 회전하려는 회전력(16)이 작용하기 때문이며, 이로 인하여 접점(14)은 반구자석(2)이 굴러가는 방향으로 계속 이동하게 한다. 이와 같이 접점(14)이 이동하고 있기 때문에 접점(14)에서 작용하던 마찰력(21)은 약화된다.

한편 제10도에서 보는 바와 같이 회전력(16)에 의하여 반구자석(2)이 너무 많이 기울어졌을 때 반구자석(2)은 오뚜기의 원리에 의해 일어서려는 힘(17)이 작용 하므로 반구자석(2)이 너무 많이 기울어졌을 때, 깨어졌던 힘의 평형점을 찾아서 접점(14)을 회전점으로 하여 회전하면서 일어서게 되는데, 이때도 접점(14)은 구면(1)의 중심점(1')을 향해 이동하게 되며, 이로인하여 접점(14)의 마찰력이 약화된다. 그러므로 이같은 두 힘(16)(17)이 번갈아 반복작용하기 때문에 반구자석(2)은 능동적이며, 외력(外力)이 작용할 때 민감한 반응을 보이며 움직이게 된다.

제11도, 제12도에서 보는 바와 같이 반구자석(2)을 서향의 경사면(7)위에 올려 놓았을 때 반구자석(2)은 서쪽으로 굴러가면서 중심점(1')과 일치되어 있었던 접점(14)과 중심점(1')의 서쪽으로 이동하게 되며, 이때 중심점(1')은 경사면(7)에서 부터 위로 완전 분리된다.

그러므로 제11도에서와 같이 위에서 보았을 때 접점(14)과 중심점(1')을 연결하는 선분은 북인력(18)과 직각 상태를 이루게 되며, 이때 반구자석(2)을 북쪽으로 끌고 가려는 북인력(18)은 구면(1)의 N극이 있는 중심점(1')에서 작용하기 때문에 반구자석(2)은 접점(14)을 중심으로 하여 접점(14)과 중심점(1')이 연결된 선분을 반경으로 하는 원을 그리면서 힘의 모멘트가 작용하여표와 같이 수평원운동(22)을 하게 된다. 이 수평원운동(22)은 제12도에서 보는 바와 같이 접점(14)과 중심점(1')을 대각선으로 하는 평행사변형에서 접점(14)을 중심으로 하고, 밑변(A)을 반경으로 하여 회전하는 원운동과 같은 것이다.

그리고 제12도에서 보는 바와 같이 N극이 있는 중심점(1')에서 작용하는 북인력(18)은 이 평행사변형의 꼭지점(14')을 중심으로 하며, 그 높이(B)를 반경으로 하여 시계방향으로 회전하면서 수직원운동(23)을 하게 된다.

이때 접점(14)에서는 수직원운동(23)과 똑같은 원운동을 하게되는데 그것을 아주 작게 축소된 형태로 나타나게 된다.

그러므로 이러한 수직원운동(23)에 의하여 제13도에서 보는 바와 같이 접점(14)은 중심점(1')을 중심으로 하는 원주를 따라 순차적으로 이동하게 되는데 그 진행방향은 수직원운동(23)을 하는 방향과 반대가 된다.

이와 같은 수직원운동(23)과 접점(14)의 이동으로 인하여 반구자석(2)은 북쪽으로 이동하게 된다. 따라서 반구자석(2)은 N극이 있는 중심점(1')에서 작용하는 북인력(18)에 의하여 제11도에서 보는 바와 같이 접점(14)을 중심으로 반시계방으로 회전하는 수평원운동(22)을 하면서, 동시에 제14도에서와 같이 접점(14)을 중심으로 시계방향으로 회전하는 수직원운동(23)과 접점(14)의 순차적인 이동으로 인하여 반구자석(2)이 반시계 방향으로 회전하면서 북쪽으로 이동하게 된다.

이러한 작용은 제14도에서 보는 바와 같이 북인력(18)이 힘의 분해에 의하여 수평원운동(22)과 수직원운동(23)으로 나타나는 현상이다.

그러나 이때 수직원운동(23)은 연속적으로 완전하게 이루어지지 못하는데 그 이유는 위에서 언급한 바와 같이 오뚜기의 원리에 의하여 일어서려는 힘(17)이 작용하면서 수직원운동(23)으로 인하여 깨어지는 힘의 평형을 되찾으려는 능동적인 대처가 있기 때문이다.

그래서 수직원운동(23)은 순간순간 일어나면서 동시에 오두기의 원리에 의해 소멸되기 때문에 외형상으로는 나타나지 않는 것 같이 보인다.

제15도에서 보는 바와 같이 서향의 경사면(7)위에 있는 반구자석(2)이 낮은 쪽으로 굴러가는 힘(16')과 반구자석(2)을 북쪽으로 끌고가려는 북인력(18)의 합성에 의한 힘(24)이 위에서 기술한 수평원운동)22)과 합세하여 반구자석(2)을 위에서보아 반시계방향으로 회전케 한다.

이상에서 본 바와 같이 본고안은 여러가지 복합된 작용원리에 의해서 아무런 동력을 가하지 않고 시계방향이나 반시계방향으로 회전하면서 북쪽이나 남쪽을 향하여 이동하게 되는데, 구면(1)(13)쪽 자극이 N극일때는 북쪽으로, S극일때는 남쪽으로 이동하며, 그 회전방향은 서향의 경사면(7)에서는 구면(1)(13)쪽 자극이 N극일때 반시계방향으로 회전하고, 구면(1)(13)쪽 자극이 S극일때 시계방향으로 회전하며, 동향의 경사면(7)에서는 구면(1)(13)쪽 자극이 N극일때 시계방향으로 회전하고, 구면(1)(13)쪽 자극이 S극일때 반시계방향으로 회전하게 된다.

이상과 같은 작용원리는 반구자석(2)뿐만 아니라 반구(11)에 원반자석(10)을 부착한 것이나 또는 반구자석(2)에 모형(5)을 부착한 것, 그리고 제7도와 같이 반구(11)에 원반자석(10)을 부착하고 그위에 모형(5)을 결합한 것에서도 똑같은 원리가 적용된다.

이상과 같은 본 고안의 작용효과는, 본 고안을 경사면(7)위에 올려놓았을 때 아무런 동력을 가하지 않고 중력과 지자력에 의하여 수평 원운동을 하면서 회동하게 되므로 흥미롭고, 도 그 원심력에 의하여 유연한 부분의 외형이 변형하므로 흥미를 더욱 유발시킬 수 있으며, 그 구조가 간단하므로 고장이 적고 저렴하며, 또 지자력과 중력을 동력원으로 이용하였으므로 경제적일 뿐만 아니라, 지자력을 동력원으로 이용한 최초의 고안이기 때문에 지자력의 동력화에도 크게 이바지할 수 있는 작용 효과가 있다.

Claims (3)

1. 구면(1)과 평면(3)이 각각 자극(磁極)으로 되어 있는 반구자석(2)의 평면(3)위에 볼트(6)를 나합할 수 있는 너트공(4)을 천공해서 그 전체의 중심(重心)이 구면(1)의 중심부(中心部)에 있도록 한 반구자석(2)을, 비자성체로 된 경사면(7)위에 올려놓았을 때 지자력(地磁力)과 중력(重力)에 의하여 회동케 함을 특징으로 하는 반구자석(2)으로 되어 있는 지자력과 중력에 의해 회동하는 완구.
2. (신설)제1항에 있어서 반구자석(2) 대신 상하 양면(8)(9)이 자극(磁極)으로 되어 있는 원반자석(10)의 하면(9)에 반구(11)를 밀착시키고 원반자석(10)의 상면(8)에 볼트(6)을 나합할 수 있는 너트공(12)을 천공해서 그 전체의 중심(重心)이 반구(11)의 구면(13) 중심부(中心部)에 있도록 한 지자력과 중력에 의해 회동하는 완구.
3. (신설)제1항 또는 제2항에 있어서 반구자석(2)의 평면(3)과 원반자석(10)의 상면(8)에 각각 인형, 조화 등을 비롯한 각종 모형(5)을 볼트(6)로 밀착고정시켜서 그 중심(重心)이 각각 반구자석(2)의 구면(1)과 반구(11)의 구면(13)의 중심부(中心部)에 있게 한 지자력과 중력에 의해 회동하는 완구.