여름방학 자유 연구 주제 선택으로 고민하는 고등학생 여러분.“짧은 기간에 할 수 있는 실험이 좋다”, “볼품 있는 연구로 만들고 싶다” 등, 손쉽게 할 수 있는 자유 연구를 찾는 분들께 희소식입니다!이 글에서는 과학의 재미가 가득한, 실험과 공작을 중심으로 한 자유 연구 아이디어를 소개합니다.증기기관이나 플라네타리움 등, 보는 이가 절로 “대단해!”라고 감탄할 작품들뿐입니다.게다가 의외로 간단하게 시작할 수 있는 것들만 모았습니다.여름방학의 추억에 남을 멋진 연구를 꼭 찾아보세요!
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고등학생에게 추천! 하루 만에 할 수 있는 쉬운 자유 연구 아이디어 모음(1~10)
표면장력의 실험
표면 장력에 대해 실험으로 배워 봅시다.
먼저 컵에 물을 넣고 1엔짜리 동전을 띄워 보세요.
천천히 넣지 않으면 가라앉으니 조심하세요.
1엔 동전이 떠오르면, 물에 세제를 넣어 보세요.
1엔 동전이 가라앉았나요? 1엔 동전이 물에 뜨는 것은 물 분자끼리 서로 끌어당기는 힘이 있어 동전 위에 물이 퍼지지 않도록 표면 장력이 작용하기 때문입니다.
세제를 넣어 가라앉는 것은 계면활성제로 표면 장력이 약해지기 때문이라고 해요.
많은 1엔 동전을 띄웠다가 한꺼번에 가라앉는 광경은 장관이죠!
갈릴레오 온도계
갈릴레오 온도계는 온도에 따라 뜨거나 가라앉는 유리 기구로, 최근에는 인테리어 소품으로도 인기가 있습니다.
이 갈릴레오 온도계를 직접 만들어 보며 원리를 연구해 보는 것은 어떨까요? 이 온도계를 만들 때에는 일정한 온도로 유지한 물 속에 비즈를 넣은 유리 기구를 넣고, 부력 상태를 조절합니다.
서로 다른 온도에서 적절히 떠오르는 유리 기구를 여러 개 넣으면 완성입니다.
번개를 만들자
번개를 만든다는, 마치 신이 된 듯한 신기한 실험입니다.
백열전구의 바닥 부분에 라이터 등에 쓰이는 부품인 압전소자의 도선을 셀로판테이프로 붙입니다.
붙였다면 고무장갑을 끼고 방을 어둡게 한 뒤, 압전소자를 누르세요.
그러면 작은 번개가 발생합니다! 실험과 함께 번개가 발생하는 원리 등을 덧붙이면, 순식간에 자유 연구가 완성됩니다.
번개를 발생시키는 동안에는 전구의 금속 부분을 만지지 않도록 주의하세요.
5연 진자
운동량 보존 법칙과 기계적 에너지 보존 법칙을 현실 세계에서 실연하기 위해 만들어진 장치입니다.
이 장치를 통해 두 물체 사이의 충돌에 관한 법칙은 17세기에 프랑스의 물리학자 에덤 마리오트에 의해 증명되었습니다.
중력의 작용으로 흔들림이 반복되는 모습을 관찰할 수 있습니다.
몇 가지 유형의 ‘움직임’을 만들 수 있지만, 이러한 움직임의 법칙성을 명확히 기술하는 것이 필요합니다.
이 장치의 다섯 개 구가 정지한 상태에서, 한쪽 끝의 구를 다섯 개 구가 줄지어 있는 직선 위에서 바깥쪽으로 이동시킨 뒤 손을 놓으면, 잡았던 구와 같은 수의 구가 반대쪽에서 대칭적으로 동일한 움직임을 일으킵니다.
이것이 기본적인 움직임입니다.
이러한 대칭적인 움직임만이 운동량과 운동 에너지를 모두 동일하게 하는 현상의 메커니즘에 관한 법칙성에 대해 설명합니다.
펄스제트엔진
손수 제트 엔진, 펄스제트 엔진을 만들어 봅시다.
엔진을 만든다니 어렵지 않을까? 하고 주저할 수도 있지만, 이것은 정말 간단합니다.
그리고 성공하면 아름다운 불꽃을 볼 수 있습니다.
먼저 빈 병을 준비해 뚜껑에 드릴로 구멍을 냅니다.
그다음 연료용 알코올을 넣고 그 안에 불을 붙이기만 하면 됩니다.
구멍의 크기에 따라 실패할 수도 있으니 크기를 조절해 가며 시도해 보세요.
과냉각수
고등학생 여름방학용 자유 연구 ‘과냉각수’를 소개합니다.
과냉각이란 물질이 변해야 할 온도 이하로 내려갔는데도 그 상태가 유지되는 것을 말합니다.
즉 이번의 경우에는 얼어붙는 온도인데도 액체 상태로 있는 것입니다.
방법은 먼저 페트병에 물을 넣고 보냉백으로 싸서 냉동고에서 4시간 식힙니다.
그러면 페트병 속 물이 과냉각수 상태가 되고, 신기하게도 페트병에서 접시 등에 물을 따르면 바로 그 자리에서 얼어가기 시작합니다!
증기 기관
증기기관차를 움직이게 하는 장치인 스팀 엔진을 만들어 봅시다! 코일 모양으로 변형한 알루미늄 파이프를 코르크 코스터에 장착하고, 파이프 안에 물을 넣습니다.
물을 채운 그릇 등에 띄우고, 고형 연료나 양초를 올리면 준비 완료.
고형 연료나 양초에 불을 붙이면, 놀랍게도 저절로 움직이기 시작한답니다! 알루미늄 파이프 안의 물이 불의 열로 가열되어 수증기와 함께 분출됩니다.
그 후 물이 흡수되어 다시 가열되면 또다시 분출되며, 이 반복으로 스팀 엔진처럼 작동하는 것입니다.
불을 다룰 때는 조심하고, 꼭 도전해 보세요!