요요의 과학 원리

요요 속에 숨은 과학

목차

1. 주제 선정 이유

우리가 손 쉽게 갖고 노는 요요 속에 숨어 있는

과학 원리는 무엇이며, 요요 가 다시 돌아오는 원리는 

무엇인지 궁금했기 때문입니다. 

 2. 관성이란?

• 어떤 물체에 작용 하는 힘이 없거나, 작용하는 힘들의 합이 0일 때 물체가 

     운동상태를 그대로 유지하려는 성질을 말합니다.

• 관성에는 정지상태를 유지하려는 관성과 운동 상태를 유지하려는 관성으로 

     나눌 수 있습니다.

• 즉, 관성은 

     정지상태를 계속 유지하려는 성질

     운동상태를 계속 유지하려는 성질

• 관성의 크기

• 질량이 큰 물체일수록 관성이 큽니다. 그러므로 관성의 크기는 질량과 같습니다.            이런 의미의 질량을 관성 질량이라고 합니다.

• 관성의 정의는 모든 물체는 외부의 힘이 가해지지 않는 한 자신의 상태를 그대로 유지하려고 한다. 는 것입니다.

3. 작용과 반작용의 원리

• 작용과 반작용은 뉴턴의 제 3법칙으로 운동량이 생긴다면 그와 똑같은 크기의 운동량이  반대 방향으로도 생깁니다.                                                                

     이렇게 생긴 운동량의 시간에 따른 변화가 곧 힘으로써 항상 크기가 같고 반대 방향입니다.            

     

• 로켓을 예로 들면 로켓은 자신이 앞으로 나아가기 위해서 자기 몸체 안의 연료를   엄청난 속도로 밀어냅니다.                       

     연료를 밀어내면 로켓은 그 반대 방향의 반작용을 얻습니다.

• 즉 로켓의 추진력은 연료를 단위 시간당 얼마나 많이 또 얼마나 빠르게 분산하는가에 의해 결정됩니다.

• 로켓의 경우는 마찰이 거의 없는 빙판 위에 서 있는 사람의 경우와 비슷합니다.   이 사람이 빙판을 빠져 나오려고 아무리 혼자 발버둥을 쳐도 결코 자신의 몸은 움직이지 않습니다. 

     

     왜냐하면 어떤 신체적인 작용을 취하면 자신의 몸에서 항상 반작용이 생기기 때문입니다.                                                                                                              빙판을 벗어나려면 옷이든 소지품이든 자기 몸에서 뭔가를 몸 밖으로 버려야만 합니다.     그러면 그 반작용으로 자신의 몸은 반대방향으로 움직입니다.

4. 요요 속에 숨어 있는 과학

• 요요에 실을 감고 실의 끝을 잡은 뒤에 놓으면, 요요는 중력에 의해서 아래로        떨어지려고 하지만 축을 감고 있는 실의 장력에 방해를 받게 됩니다.                    이 결과 요요는 아래로 떨어지면서 회전을 하게 됩니다. 

• 운동을 하는 물체가 외부에서 힘이 작용하지 않는 한 계속 같은 운동을 하려는      것처럼 회전 운동을 하는 물체도 마찬가지로 외부 힘이 없는 한, 계속 회전을 하려고 합니다. 아래로 떨어진 요요 는 회전을 계속하려는 관성으로 인해 헛돌게 됩니다.    

• 그러나 축과 줄 사이의 마찰로 인해 회전하는 속도는 점점 작아지게 되고 관성 력 이 마찰력보다 작아지면 요요 는 줄을 감게 되어 다시 위로 올라옵니다. 요요 가        줄 끝에서 계속 돌아가는 원리는 바로 이러한 성질 때문입니다. 축에 줄을 맨 요요  보다 베어링이 있는 요요 가 더 오랫동안 공 회전을 할 수 있는 이유도 베어링이 있는 요요 가 마찰이 훨씬 작기 때문입니다.

요요중에는 클러치라고 하는 것이 안에 있는 것들이 있습니다. 이러한 요요는 우리가 주위에서 쉽게 보는 것들로 요요의 내부에 쇠구슬이 들어 있는 막대가 있어          회전축을 고정하거나 분리시키는 역할을 하게 됩니다. 요요 몸체가 강하게 회전을  하면 원심력에 의해 쇠구슬이 들어 있는 막대가 회전축과 분리되어 공회전하게 되고, 속도가 줄어들면 쇠구슬이 들어 있는 막대는 스프링에 의해 다시 제자리로 돌아오게 되어, 회전축을 붙잡아 끈과 함께 다시 감기게 되는 것입니다.

5. 알게 된 점 그리고 느낀 점

• 우리가 평소 가지고 노는 요요 에도 재미있는             과학원리가   있다는 것을 알게 되어 좋았습니다.

• 이번 조사를 통해 요요 에 대한 흥미로운 사실을  알게     되었고, 앞으로도 더욱 열심히 요요 에 관련된 책도 많이 읽어야겠다고 생각했습니다.