심플머신

회전목마

얼마나 빨라지고 느려지는지를 살펴보고 그 원리를 탐구합니다.

30-45분
초급
3-5학년
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생각 열기

5-10분

샘과 샐리는 유원지에 가는 걸 좋아하고 그 중에서도 회전목마 타는 걸 가장 좋아합니다. 친구와 가족들에게 손을 흔들며 빙글빙글 도는 건 정말 재미있죠.

여러분도 회전목마를 좋아하세요? 회전목마의 어떤 점이 가장 좋으세요? 회전목마를 돌리려면 어떤 심플머신이 필요할까요?

회전목마를 조립해봅시다!

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생각 구성하기

10-15분

1. 먼저, 회전목마 모델 A6을 조립하고 회전해봅니다.
조립 설명서 A, 3442페이지의 111단계를 따르세요.
회전목마 모델 A6을 다 조립했으면, 다음 사항을 확인하세요. • 노란색 핸들을 돌려서 회전목마가 돌아가는지 확인하세요. • 미니피겨가 제대로 부착되어 있는지 확인하세요. 학생들은 샘이나 샐리를 자유롭게 사용할 수 있지만, 회전목마에 미니피겨를 하나만 올린 상태에서 회전목마가 몇 번이나 360도 돌아가는지 세어보는 것이 쉽다는 걸 말해주어야 합니다.

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힌트
구동 기어가 외부의 작용력으로 회전하는 기어라는 사실을 학생들에게 상기시켜야 합니다. 이 경우, 외부의 작용력은 노란색 핸들을 돌리는 손입니다.

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생각 깨치기

10-15분

2. 기어의 톱니 수를 세어보세요. 점 표시부터 계산을 시작하세요.

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모델 A6에 사용된 기어는 평 기어(8톱니형)와 크라운 기어(24톱니형) 등
두 가지입니다

3. 그런 다음 이 모델의 그림을 주의깊게 보고 회전목마 모델 A6을 회전목마 모델 A7과 비교하세요.
• 달라 보이는 곳에 동그라미를 치세요.
• 어떤 걸 알아채셨나요? 두 모델이 어떻게 다른지 설명해보세요.
학생들은 모델 A6 및 A7에 사용된 기어의 크기 및 수가 어떻게 다른지 알아차려야 합니다

4. 그런 다음, 두 모델의 그림을 주의깊게 보고 예측하세요.
모델 A6과 모델 A7을 비교해본 결과, 회전목마 모델(A6/A7)이 더 빨리 회전할 것 같습니다.
학생들에게 기어가 다르면 회전목마에 어떤 영향이 있는지 자기 생각을 말하며 토의하도록 독려하세요. 정답은 예상컨대 모델 A7입니다. 하지만 학생들이 이 시점에서 정답을 얻을지 오답을 얻을지는 중요치 않습니다. 다만 학생들은 나중에 확인할 때 확인하더라도 지금은 예측을 해야 합니다.

5. 회전목마 모델 A6을 테스트합니다.
• 샘이나 샐리가 360도 회전하려면 핸들을 몇 번 돌려야 하나요?
학생들이 핸들과 미니피겨 양쪽 모두의 시작 지점을 살펴보게 하세요. 학생들에게
자신의 관찰내용이 정확한지 한 번 이상 확인해 보도록 독려하세요. 학생들은 학생용
워크시트에 답을 써야 합니다.

회전목마 모델 A6이 한 번 회전하려면 핸들을 세 번 돌려야 합니다. 기어비는 3:1
입니다. 24/8 = 3/1이므로, 이를 기어감속 배열이라고 하며 회전목마는 천천히 회전합니다. 학생들은 다른 각도로 연결된 기어링이 90도 각도로 회전 동작을 전달할 수 있게 한다는 걸 알아야 합니다.

참고:
가능하다면, 학생들이 회전목마 모델 A6과 비교할 수 있게 회전목마 모델 A7을예로 드세요

6. 회전목마 모델 A7을 조립하고 회전해보세요.
조립 설명서 A, 4452페이지의 111단계를 따르세요.
학생들이 기어를 식별하고 기어의 톱니 수를 세어보도록 독려하세요. 이 모델에 사용된 기어는 작은 평 기어(8톱니형) 2개, 크라운 기어 1개(24톱니형), 큰 평 기어 1개(40톱니형) 등 4개입니다

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7. 회전목마 모델 A7을 테스트하세요.
• 핸들을 세 번 돌리면 샘 또는 샐리가 360도 한 바퀴 기준으로 몇 번이나 회전하나요?
학생들이 앞서 설명한 핸들과 미니피겨 양쪽의 시작 위치를 잘 살펴보게 하세요. 학생들에게 자신의 관찰내용이 정확한지 한 번 이상 확인해 보도록 독려하세요.

40톱니형 기어를 세 번 돌리면, 회전목마가 다섯 번 회전합니다. 기어비는 3:5이며
(24/40 = 3/5이므로), 회전목마가 더 빨리 회전합니다.

힌트
학생 둘을 짝지어 학생 한 명은 미니피겨를 관찰하고 다른 한 명은 크랭크로 핸들을 360도 돌리게 하는 것이 좋습니다

8. 마지막으로, 결과를 끌어내 자신의 예측과 비교하며 확인하세요.
40톱니형 구동 기어와 24톱니형 보조기어를 통한 기어가속배열 때문에 회전목마 모델 A7이 더 빨리 돌아갑니다.

생각 이어가기

10-15분

학생용 워크시트에 나온 기어배열을 탐구하고 관찰한 내용을 기록하게 독려하세요.

참고:
생각 이어가기Continue 단계를 통해 학생들을 지도하기 위해 포함된 조립 설명서는 없습니다. 대신 학생용 워크시트에 제안사항이 그림으로 나와 있습니다.

학생들에게 집중 탐구 중인 기어배열이 다르면 회전목마에 어떤 영향이 있는지 자기 생각을 말하며 토의하도록 독려하세요. 이때 다음과 같은 질문으로 학생들을 유도하세요.

• 회전목마를 회전시켜봤을때 어떤 상황이 벌어졌는지 설명해 보세요.
• 회전목마를 360도 한 바퀴 돌리려면 핸들을 몇 번 돌려야 하나요? 왜 그렇다고 생각하세요?
• 모델이 어떻게 작동하는지 설명해 보세요.
• 자신의 관찰내용이 정확하다는 것을 어떻게 확인했나요?

학생들에게 (기어 여러 개가 맞물린) 기어장치를 그려보거나, 일상적인 기계와 기계 구조에 사용된 기어를 찾아볼 수 있는 물건을 그려보라고 하는 것이 좋습니다. 상상력을 발휘할 수 있도록 “개요: 기어” 섹션을 읽거나 보여주세요.

선택사항
고급 과정의 학생들을 가르치고 있다면, 복합 기어링 또는 기어비를 소개하는 걸 고려해볼 수 있습니다. 기어비가 무엇인지 물어보고, 회전목마가 얼마나 빠르게 회전할 지 또는 얼마나 느리게 회전할 지 질문해 보세요.

교사 지원

학습 목표
이 활동에서 학생들은 기어에 관한 다음 기술을 사용하는 모델을 조립하고 테스트합니다.
회전 속도 감소
회전 속도 증가
다른 각도로 기어 작동

9686 수동전동기계 (학생 두 명 당 세트 하나를 사용할 것을 추천)
회전목마(조립 설명서)

학생용 자료

학생용 워크시트

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