바람의 힘으로 움직이는 자동차 만들기: 공기의 추진력을 배우는 창의적 실험

1. 바람의 힘으로 자동차가 움직이는 원리

어떤 물체를 앞으로 움직이게 하려면 **힘(Force)**이 필요해요. 우리가 자동차를 손으로 밀거나 바람이 불 때 연이 하늘로 올라가는 것도 힘의 작용 덕분이죠. 이 실험에서는 바람(공기)이 자동차를 움직이게 하는 원리를 배울 수 있어요.

 

🚀 풍선 자동차가 움직이는 과학적 원리

자동차는 일반적으로 엔진이나 모터로 움직이지만, 이 실험에서는 공기의 힘을 이용해 자동차를 움직이게 할 거예요.

 

🚀 풍선 자동차의 추진력 원리

• 풍선 속 공기가 빠져나가면서 **반대 방향으로 힘(추진력, Thrust)**이 발생해요.
• 이 원리는 **뉴턴의 제3 법칙(작용과 반작용의 법칙)**과 관련이 있어요. 뉴턴의 제3 법칙에 따르면, "어떤 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 그 물체는 같은 크기의 반대 방향 힘을 되돌려준다"는 거예요.
• 즉, 풍선에서 공기가 뒤로 나가면, 자동차는 반대 방향(앞쪽)으로 움직이게 되는 거예요!
• 이 원리는 로켓이 우주로 발사될 때 사용되는 과학적 원리와 동일해요.

🌬️ 실생활 속 같은 원리
✈ 비행기 엔진 – 공기를 뒤로 밀어내며 앞으로 나아감
🚀 로켓 – 연료를 태우면서 강한 추진력을 발생시켜 하늘로 상승
⛵ 돛단배 – 바람을 이용해 추진력 발생

 

👩‍👦 부모와 아이의 대화 예시
👩 "풍선을 놓으면 왜 자동차가 앞으로 갈까?"
👦 "공기가 뒤로 나가면서 차를 밀어주는 것 같아요!"
👩 "맞아! 이걸 뉴턴의 운동 법칙이라고 해."

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2. 기본 풍선 자동차 만들기

🚗 준비물
✔ 풍선 1개
✔ 빨대 1개
✔ 플라스틱 뚜껑 4개 (바퀴용)
✔ 나무젓가락 2개 (바퀴 축)
✔ 두꺼운 종이(골판지) 또는 얇은 나무판 (자동차 몸체)
✔ 테이프, 가위, 글루건

 

🛠 만들기 과정
1️⃣ 자동차 몸체 만들기

• 골판지나 얇은 나무판을 길게 잘라 자동차 몸체를 만듭니다.

2️⃣ 바퀴 달기

• 플라스틱 뚜껑 4개에 바퀴 축(나무젓가락)을 연결합니다.
• 바퀴 축을 자동차 몸체에 테이프로 고정합니다.

3️⃣ 풍선 동력 장치 만들기

• 빨대를 풍선 입구에 넣고 테이프로 단단히 고정합니다.
• 빨대 끝을 자동차 몸체에 고정하고, 풍선을 불어 부풀립니다.

4️⃣ 자동차 출발!

• 손을 떼면 공기가 빠지면서 자동차가 앞으로 나아갑니다! 

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3. 자동차 속도와 거리 조절 실험

🔬 1) 풍선 크기 비교 실험

🌬️ 실험 목표: 풍선의 크기에 따라 자동차의 속도와 이동 거리가 어떻게 달라지는지 실험

• 같은 자동차에 작은 풍선과 큰 풍선을 각각 달아 비교해 봅니다.
• 어떤 풍선이 더 빠르게 멀리 가는지 관찰합니다.

🛠 실험 방법
1️⃣ 작은 풍선을 달고 출발선에서 출발시켜 얼마나 멀리 가는지 측정합니다.
2️⃣ 같은 방법으로 큰 풍선을 사용해 얼마나 더 멀리 가는지 비교합니다.

 

💡 과학적 원리

• 풍선이 클수록 더 많은 공기를 저장할 수 있고, 더 강한 추진력을 가질 수 있어요.
• 풍선에서 공기가 빠져나가는 힘이 커질수록 자동차가 더 빨리, 더 멀리 갑니다.

👩‍👦 부모와 아이의 대화 예시
👩‍👦 "어떤 풍선을 사용했을 때 자동차가 더 멀리 갔을까?"
👦 "큰 풍선을 사용했을 때 더 멀리 갔어요!"
👩 "왜 그럴까?"
👦 "공기가 더 많이 들어있어서 더 강한 힘으로 밀어낸 것 같아요!"

 

🔬 2) 바퀴 재질에 따른 차이 실험

🚙 실험 목표: 자동차의 바퀴 재질에 따라 속도와 마찰력이 어떻게 달라지는지 실험

 

🛠 실험 방법
1️⃣ 플라스틱 바퀴 vs 종이 바퀴 vs 고무바퀴로 만든 자동차를 각각 테스트
2️⃣ 같은 풍선 크기로 출발시키고 이동 거리와 속도를 비교

 

💡 과학적 원리

• 바퀴의 재질이 매끄러울수록 마찰력이 줄어들어 더 멀리 이동 가능
• 고무바퀴는 마찰력이 커서 속도가 느려질 수 있음

👩‍👦 부모와 아이의 대화 예시
👩 "어떤 바퀴가 가장 멀리 갔을까?"
👦 "플라스틱 바퀴가 가장 멀리 갔어요!"
👩 "왜 그런 것 같아?"
👦 "마찰력이 적어서 쉽게 굴러간 것 같아요!"

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4. 탄성의 힘으로 달리는! 고무줄 자동차 vs 풍선 자동차

🌟 실험 목표

• 고무줄과 풍선을 이용한 자동차의 움직임을 비교
• 두 자동차의 속도, 거리, 움직이는 원리를 탐구

🛠 준비물

✔ 고무줄 (탄성이 좋은 것)
✔ 빨대 1개
✔ 플라스틱 뚜껑 4개 (바퀴)
✔ 나무젓가락 2개 (바퀴 축)
✔ 두꺼운 종이(골판지) 또는 얇은 나무판 (자동차 몸체)
✔ 테이프, 가위, 글루건

🚗 고무줄 자동차 만들기

1️⃣ 자동차 몸체 만들기: 골판지 또는 나무판을 자동차 크기로 잘라요.
2️⃣ 바퀴와 바퀴 축 만들기: 나무젓가락을 바퀴 축으로 사용하고, 양쪽 끝에 플라스틱 뚜껑을 끼워 바퀴를 완성해요.
3️⃣ 고무줄 장착:

• 나무젓가락을 자동차의 뒤쪽에 단단히 고정해요.
• 고무줄 한쪽 끝을 바퀴 축에 감고, 다른 쪽은 자동차 몸체에 고정해요.

4️⃣ 출발! 고무줄을 여러 번 감아준 뒤 손을 놓으면, 고무줄이 풀리면서 바퀴를 회전시켜 자동차를 앞으로 밀어요! 

🚀 풍선 자동차와 비교 실험

💡 고무줄 자동차는 **탄성력(Elastic Force)**을 이용해 움직이고, 풍선 자동차는 **공기의 추진력(Thrust)**을 이용해 움직여요.

• 고무줄을 많이 감을수록 더 멀리 이동할까요?
• 풍선에 공기를 더 많이 넣으면 속도가 빨라질까요?

👩‍👦 부모와 아이의 대화 예시
👩 "고무줄이 감겼다가 풀릴 때 어떤 힘이 생길까?"
👦 "고무줄이 원래 모양으로 돌아가면서 바퀴를 돌리는 것 같아요!"
👩 "맞아! 이걸 탄성력이라고 해."

 

🎯 두뇌 발달 효과
✅ 탄성력과 추진력 차이 이해: 서로 다른 물리적 힘을 직접 체험하며 비교
✅ 논리적 사고력 강화: 어떤 조건에서 더 빠르고 멀리 갈 수 있는지 실험

 

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5. 부채로 바람을 만들어 자동차를 움직일 수 있을까? 부채 바람 자동차

🚗 바람의 방향과 세기에 따라 자동차가 어떻게 움직일까?

🌟 실험 목표

• 부채를 이용해 자동차를 밀어 움직이는 원리를 이해
• 바람의 방향과 힘이 속도에 미치는 영향을 실험

🛠 준비물

✔ 풍선 자동차 또는 바퀴가 달린 종이 자동차
✔ 부채 또는 작은 손풍기
✔ 자(이동 거리 측정용)

 

🌬 실험 방법

1️⃣ 자동차를 바닥에 놓고 부채로 살짝 부채질해서 움직이게 해요.
2️⃣ 같은 힘으로 부채를 더 가까이에서 사용했을 때, 멀리서 사용했을 때 속도를 비교해요.
3️⃣ 바람 방향을 다르게 해서 자동차가 직진하는지, 옆으로 가는지 관찰해요.

 

👩‍👦 부모와 아이의 대화 예시
👩 "부채를 가까이에서 세게 하면 자동차가 어떻게 될까?"
👦 "더 빨리 나가요!"
👩 "바람이 자동차를 밀어주니까 그렇지!  바람도 힘을 가질 수 있어."

 

🎯 두뇌 발달 효과
✅ 공기의 힘 탐구: 바람의 방향과 세기에 따라 움직임이 어떻게 달라지는지 경험
✅ 과학적 탐구력 강화: 바람이 자동차를 밀어주는 추진력 개념 익히기

 

🛠 고무줄 자동차 vs 풍선 자동차 비교 실험

• 고무줄을 감아 돌려서 바퀴를 움직이는 자동차와 풍선 자동차를 비교해요.
• 어떤 방식이 더 빠르고, 더 멀리 가는지 실험해 봅니다.

🌞 태양광 자동차와 비교하기

• 태양광 패널을 이용해 자동차를 움직이는 실험을 해보고 풍선 자동차와 비교해요.
• 각 자동차의 장단점을 분석해 봅니다.

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6.  회전하는 힘을 이용한 프로펠러 자동차 

🚗 프로펠러의 회전력으로 자동차를 움직이게 할 수 있을까?

 

🌟 실험 목표

• 프로펠러의 회전력(회전 운동 → 직선 운동 변환 원리) 이해
• 프로펠러의 크기와 속도에 따른 자동차의 움직임 비교

🛠 준비물

✔ 작은 모터 (전동 칫솔 모터 활용 가능)
✔ AA 건전지 2개
✔ 배터리 홀더
✔ 프로펠러 (또는 작은 플라스틱 날개)
✔ 전선 2개
✔ 자동차 몸체 (골판지 또는 나무)
✔ 바퀴 (플라스틱 뚜껑)

 

🚁 프로펠러 자동차 만들기

1️⃣ 자동차 몸체 만들기 – 골판지 또는 나무를 적절한 크기로 자릅니다.
2️⃣ 바퀴 장착 – 바퀴를 만들고 자동차 몸체에 부착합니다.
3️⃣ 프로펠러 장착 – 작은 모터에 프로펠러를 연결하고, 건전지와 전선을 이용해 전원을 공급합니다.
4️⃣ 출발! 스위치를 켜면 프로펠러가 회전하며 바람을 만들어 자동차가 앞으로 나아가요. 

 

🔬 실험 확장: 프로펠러 크기와 속도 비교

• 작은 프로펠러 vs 큰 프로펠러 → 어느 쪽이 더 빠를까?
• 건전지 개수 추가 → 전압이 높아지면 속도가 어떻게 변할까?

👩‍👦 부모와 아이의 대화 예시
👩 "프로펠러가 돌아가면서 자동차가 앞으로 가는 이유는 뭘까?"
👦 "프로펠러가 공기를 뒤로 밀어서 자동차를 앞으로 밀어주는 것 같아요!"
👩 "맞아! 이걸 추진력(Thrust) 원리라고 해."

 

🎯 두뇌 발달 효과
✅ 회전 운동과 직선 운동 변환 원리 이해
✅ 전기 회로 기초 개념 습득
✅ 속도와 추진력의 관계 탐구