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학생과 학부모, 교사. 모두가 함께 하는 소통의 장
창의와 동기부여를 주는 STEAM 체험 한마당

2016년도 서울과학축전은 과학, 기술, 공학, 예술, 수학 등 총 40개의 STEAM 영역 관련 체험활동으로 학생, 학부모, 교사가 함께하는 체험과 소통의 장을 형성하고자 10월 8~9일 이틀 동안 서울특별시과학전시관 본관 야외광장에서 진행되었다. 또한 특별체험으로 천문대, 종이접기 로켓, Funny Science World 및 Science Magic Show도 같이 운영되었다.

1.  ‘브러쉬 모터를 활용한 모노 드론(mono Drone) 만들기’ 체험부스

본 체험활동은 브러쉬 모터를 활용한 프로펠러의 추진력, 공기저항을 받는 마찰력에 해당하는 항력, 날개 모양과 각도 조절을 통한 양력 및 그 반대인 중력 등 4가지 힘의 상호작용을 이해하면서 모노 드론을 스스로 만들 수 있다. 또한 베르누이의 원리를 통해 날개 위쪽은 볼록하고 아래쪽은 직선으로 날개 위쪽의 공기가 빨라지면서 압력이 낮아진다. 즉, 공기가 비행기 날개를 위로 들어 올리는 양력을 이해할 수 있다.

∎ 제작 과정
본 체험부스는 동도중 함형동 선생님과 FIS반의 도움으로 진행되었는데, 체험 시간을 단축하기 위해 많은 부분 동아리 학생들이 사전에 준비한 상태에서 진행되었다.

① 우선 주날개와 꼬리날개를 우드락(1 or 2mm)에 붙인 후 볼펜으로 천천히 그어준다. 그리고 비행기 몸통 도안을 딱풀로 붙인 후 칼(또는 가위)을 사용하여 자른다. 또한 날개를 접기 위해서 선을 그어준다[그림 1, 2].

② 비행기 몸통의 검은색 부분이 날개와 모터가 들어갈 자리이므로 조심스럽게 칼로 오려준다.

③ 사실 소형 드론에는 모터 4개가 사용되는데, 본 비행기는 하나의 모터를 사용하므로 조종은 할 수 없어서 모노 드론이라고 한다. 그리고 브러쉬 모터와 콘덴서(축전기로써, 전하를 저장하는 장치) 및 프로펄러를 몸통에 잘 부탁시킨다(전선도 잘 정리하여 테이프로 고정시킴)[그림 3].

④ 마지막으로 주날개 및 꼬리날개를 몸통에 잘 끼워서 넣는데, 양력을 크게 하기 위해서 주날개의 받음각(0~15°정도) 및 날개 뒷부분을 약간 위쪽으로 접는 플랩(지상으로부터 빨리 이륙시키거나, 착륙속도를 느리게 하는 등의 목적을 하는 장치)을 통해 양력을 조절할 수 있어 드론을 쉽게 날릴 수 있다(충전기로 충전 시 약 20~30초 충전한 후 바로 빼면 프로펠러가 돌아가는데, 너무 오랫동안 충전 시 콘덴서에 무리가 갈 수 있음)[그림 4].

2. ‘지진에 견디는 고층건물 만들기’ 체험 부스
본 체험활동은 지진에 견딜 수 있는 내진・면진・제진 구조의 원리를 이해한 후 건물 구조 및 지반 특성에 맞는 최적의 충격 완화 방법을 찾는데 있다. 또한 사후 시공이 아닌 사전에 건물 설계에 반드시 포함되어야 함을 깨닫는 계기도 되었다.

∎ 제작 과정
본 체험부스는 아주중 박인수, 김동출 선생님과 한국청소년 발명영재단의 도움으로 진행되었는데, 체험 시간을 단축하기 위해 개인별로 재료 set를 사전에 준비한 상태에서 진행되었다.

① 우선 준비물로 우드락 재질의 검은색 판과 흰색 판(층간판)이 있으며, 굵은 빨대, 꺾임 빨대, 층간 고정핀, 트러스 고정핀, 트러스 연결핀, End Cap, 면진 실험판, 쇠구슬, 필름통, 실 등으로 구성되어 있다[그림 5].

② 내진 설계(지진 발생 시 건물의 벽이나 기둥이 무너지는 것을 막기 위해 일반적으로 대각선 방향으로 철골구조로 보강을 함)를 위해서는 지면과 건물 바닥에 해당하는 검은색 판 ➜ 흰색 판 ➜ 검은색 판 ➜ 흰색 판을 놓고 투명 테이프로 잘 붙인다. 건물 기둥으로 굵은 빨대를 사용하며, 층간 고정핀을 사용하여 층간판을 붙인 후 같은 방법으로 5층까지 건물을 만든다(각 층의 층간판이 기울어지지 않도록 굵은 빨대와 층간 고정핀을 잘 연결함)[그림 6].

③ 마지막으로 각 층에 대각선 방향으로 꺾임 빨대의 긴 쪽에 트러스(보강재) 연결핀을 끼운 후 다른 꺾임 빨대의 긴 쪽을 나머지 트러스 연결핀에 끼운다. 또한 같은 층에서 마주보는 트러스는 반대방향으로 설치하며, 층과 층사이의 트러스는 수평방향에서 볼 때 지그재그 형태가 되도록 한다(각 층 4개의 면에 트러스 구조를 모두 해야 하지만 편의상 2개만 함. 또한 간단한 좌우 진동 실험을 통해 내진 설계를 한 구조와 내진 설계를 안 한 구조의 차이점을 확인 할 수 있음)[그림 7].

④ 그리고 면진 설계(건물과 지면 사이에 고무 및 슬라이딩 베어링을 설치하여 지면과 건물을 분리함)는 면진 실험판 위에 4개의 쇠구슬을 올려놓아 건물의 흔들림을 감소시킬 수 있다. 마지막으로 제진 설계(다양한 지진 에너지 흡수 장치(점성유체, 스프링)를 이용함)는 대만의 타이베이 101 빌딩에 사용한 방법(빌딩의 88층과 92층 사이에 지름 6m, 무게 660t의 강철공이 4개의 줄에 매달려 있음)으로 건물의 맨 위 층간판에 필름통과 쇠구슬을 사용하여 건물의 흔들림을 줄일 수 있다[그림 8].

이 밖에도 지시약 뿌링클, 휴대용 전지를 만들어 보자!!, 내가 직접 만드는 나만의 가상현실 기계, 바퀴없이 달려! 전기기차, 너와 내가 통하는 인터렉션 디자인, 가상현실(VR)을 경험해 보자!, 희귀 절지류 및 파충류와 친해지기 등을 체험하면서 융합적 사고를 기를 수 있는 계기가 되었다.

글l유선호 교사(강서고등학교)
유선호 선생님은 2011년에 전기화학에 관한 논문으로 석사학위를 취득했으며, 현재 서울 강서고등학교 교사로 근무하고 있다. 서울학생탐구발표대회 검색위원과 2007년부터 서울특별시과학전시관에서 주관하는 <서울과학교육>의 편집위원으로 있다.