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롤링볼 뮤지엄 체험 나들이

“알록달록한 공으로 물리법칙 배워요” 롤링볼은 레일 형태의 길을 따라 굴러가도록 만든 움직이는 조형물이다. 구슬만한 공의 움직임을 따라 위치에너지·관성의 법칙 등을 눈으로 확인할 수 있어 과학원리를 학습하기에 제격이다. 롤링볼 뮤지엄 김명구 매니저가 롤링볼을 통해 물리의 6가지 운동법칙을 살펴보는 법을 알려줬다.


위치에너지와 운동에너지
롤링볼의 모든 작품에서 관찰할 수 있다. 똑같은 공이라도 높은 곳에서 떨어질 때 더 많은 일을 할 수 있다. 롤링볼에서 위치에너지를 높여주는 역할을 하는 장치는 리프트(LIFT). 쇠사슬 모양의 와이어 엘리베이터가 높은 위치의 시작점으로 공을 이동시킨다. 높은 곳에서 내려오는 공은 속력이 점점 빨라지는데, 이는 위치에너지가 운동에너지로 바뀌기 때문이다.이렇게 위치에너지와 운동에너지가 서로 바뀌는 것을 ‘에너지의 전환’이라고 부른다. 이때 전체에너지는 어떻게 바뀔까? 답은 ‘변화 없다’. 줄어든 위치에너지만큼 운동에너지가 커졌기 때문이다. 이것을 ‘에너지 보존의 법칙’이라고 말한다.

원심력과 구심력
롤링볼의 코일구조에서는 관성의 법칙과 원심력·구심력의 원리를 관찰할 수 있다. 나선(소용돌이)형 레일을 뱅글뱅글 돌아가는 공은 원심력을 갖고 있다. 원심력이란 원운동을 하는 물체가 바깥쪽으로 튕겨나가려는 힘을 뜻한다. 이런 힘이 생기는 이유는 물체가 움직이던 방향으로 계속 움직이고 싶어하는 관성을 가지기 때문이다.

원심력에 의해 밖으로 튕겨나가려는 공을 막는 힘이 구심력이다. 원운동하는 물체를 안쪽으로 끌어당기는 힘을 말한다. 원심력과 구심력이 사이좋게 공에 작용하기 때문에 공이 레일을 벗어나지 않고 순조롭게 구르는 것이다.

마찰과 속력
다양한 롤링볼 작품을 관찰하다 보면, 똑같은 높이에서 공이 떨어지는데도 속력이 다른 걸 느낄 수 있다. 마찰력 때문이다. 표면이 매끄러운 지,거친 지에 따라 마찰의 정도가 달라지고, 이것이 속력에 영향을 미친다.쇠로 만든 레일은 표면이 매끄러워 공의 속력이 빠른 반면, 목판 레일은 표면이 거칠어 속력이 느림을 관찰할 수 있다.

또 다른 요인은 기울기. 같은 높이에서 떨어져도 경사가 가파르고 완만함에 따라 속력에 차이가 있음을 확인할 수 있다. 롤링볼의 방향조절 역할을 하는 트랙스위치에서 동일한 두개의 공을 각기 다른 방향으로 떨어 뜨려본다. 경사가 급한 자이로바나 루프를 통과하는 공이 훨씬 속력이 빠름을 알 수 있다.

< 이지은 기자 ichthys@joongang.co.kr >
< 사진=황정옥 기자 ok76@joongang.co.kr >


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