어린이과학동아&수학동아 기사

지난 주말에 저는 대전교육과학연구원에서 주관하는 ‘무한발상! 무한도전!’ 초등학생 발명캠프에 참가하였습니다. 캠프는 2017년 12월 16일 토요일 하루 종일 진행되었으며 참가대상은 대전광역시교육청 산하 초등학교 5~6학년 학생 중 소속 학교장의 추천을 받아 최종 참가 대상자로 선정된 249명의 학생이었습니다. 저는 생명과학연구실로 배치되었습니다.

오전 시간 동안에는 첫 번째 활동인 ‘지진에 끄떡없는 기적의 탑 제작하기’라는 활동을 하였습니다. 2016년 9월 12일에 경주시에서 발생한 규모 5.8의 지진이나 2017년 11월 15일에 포항시에서 발생한 규모 5.4의 지진으로 보아, 한반도는 더이상 지진의 안전대가 아님을 우리 국민 모두가 알 수 있었습니다. 지진에 강한 건축 구조물을 짓는 방법에는 세 가지 원리가 있습니다. 바로 내진, 면진, 제진의 원리입니다. 내진 설계는 구조물의 벽이나 기둥을 두껍게 만드는 방법, 철근 사용량을 늘리는 방법, 철골구조물이 비틀림에 견딜 수 있도록 트러스 구조(X자 형태)로 만드는 방법, 보다 튼튼한 재료(벽돌 혹은 블록 대신에 철근을 사용하는 등)로 건물을 짓는 방법이 있습니다. 제진 설계는 건물로 들어오는 진동의 반대 방향으로 힘을 줘 진동 자체를 상쇄시키는 방법입니다. 옥상에 댐퍼나 물탱크를 설치하는 것이 제진의 원리를 이용한 예이지요. 지진이 발생해 건물이 흔들리면 댐퍼나 물탱크가 그 충격을 흡수해 주기 때문에 건물의 흔들림을 억제하게 되는 것입니다. 면진의 원리는 건축물과 땅 사이에 고무패드와 같은 장치를 설치하여 땅과 건물을 분리해 지진의 흔들림이 건물에 전달되는 것을 막는 방법입니다. 과제는 흔들리는 지면 구조에서 쓰러지지 않고 온전한 형태를 유지하며 가장 높은 탑을 쌓는 것입니다. 시험은 구조물 진동판을 작동시켰을 때 1분 이상 쓰러지지 않고 온전한 상태를 유지하는 조건이었습니다. 구조물의 높이가 같은 경우에는 면진과 제진 원리를 잘 적용하고 더 창의적으로 제작한 구조물이 높은 점수를 받았지요. 안타깝게도 저희 조의 구조물은 132cm의 높이에 10초밖에 버티지 못해서 첫 번째 과제는 성공하지 못하였습니다.

<사진 1. 첫 번째 활동을 할 때 사용했던 지진을 일으키는 기계>

점심시간 이후에 이루어진 두 번째 활동은 ‘느림보 자동구슬장치 만들기’였습니다. 느림보 자동구슬장치는 지레, 밀고 빠지기, 타종, 물레방아의 네 가지 원리를 이용합니다. 먼저, 지레에는 힘점, 받침점, 작용점이 있는데 힘점에 힘을 제공한 구슬이 작용점에 있는 고정된 구슬을 움직이게 합니다. 밀고 빠지기는 먼저 출발한 구슬이 어떤 매개체를 사용하여 다른 구슬을 밀어내고 구멍으로 빠지도록 하는 것입니다. 타종은 밀고 빠지기 원리의 변형된 형태인데, 먼저 출발한 구슬이 타종을 쳐 준비된 구슬을 출발시키는 것입니다. 물레방아는 먼저 출발한 구슬이 어떤 물레방아라는 매개체를 움직이고, 물레방아가 움직이며 또다시 반대편에 놓인 지레를 치면서 멈춰있던 구슬이 움직이는 원리입니다. 구슬은 어느 한 곳에 모두 모여야 하는데, 구슬이 모이는 시간이 가장 느린 조가 가장 높은 점수를 받았습니다. 저희 조는 13.9초로 1등을 하여 씨앗연필을 받았습니다.

<사진 2. 두 번째 활동 때 제작한 느림보 구슬장치>

저는 이번 과학발명캠프에 참여해서 지진에도 끄떡없는 탑과 느림보 자동구슬장치를 제작해보았습니다. 발명캠프에서 지진에 강한 과학적인 설계 방법을 알아보고, 자동구슬장치가 어떻게 하면 더 느리게 갈지 생각하면서 과학과 관련된 많은 지식을 얻은 것 같습니다. 탑을 쌓을 때 균형을 더 잘 잡았더라면 더 오래 버틸 수 있었을 것이라는 생각에 지금도 아쉬움이 남습니다. 다음번에도 다시 참가하게 된다면 꼭 더 좋은 점수를 받고 싶습니다.