초등과학 과학자가 들려주는 과학 이야기

아르키메데스가 들려주는 부력 이야기

읽으면 읽을수록 재미있고 점점 빠져들게 되는

초등과학전집

과학의 원리와 개념을 알려주고

창의적인 사고와 큰 꿈을 이루는데 꼭 필요한 책이예요

생각하는걸 힘들어하는 우리 아이들에게

생각하는 힘을 키워줄 수 있는

과학전집이라 꼭 읽어야만 하는 과학자가 들려주는 과학이야기

오늘은 부력의 원리를 최초로 발견하고

유레카를 외쳤던 아르키메데스의

부력 이야기를 소개해드릴게요

목욕을 하다 유레카를 외치며 발가벗고 뛰쳐나온

아르키메데스의 이야기는 누구나 알 정도로 유명한 이야기죠

아르키메데스가 왜 유레카를 외치게 됐는지...

부력의 원리를 아르키메데스가 들려주는

10일의 수업을 통해 재미있게 배워봤어요

아르키메데스

고대 그리스 최고의 물리학자이며

부력, 지레의 원리로 유명하죠

기다란 지레와 그것을 놓을 만한 곳만 있으면

지구도 들어 올릴 수 있다고 한 그의 이야기는

유레카만큼 유명해요

차례

물 도우미와 부력

부력이 위로 작용하는 까닭

유레카, 유레카

아르키메데스의 원리 1

아르키메데스의 원리 2 유체와 파스칼의 원리

공기의 부력과 기구

열기구와 가스 기구

가고자 하는 방향으로 갈 수 있는 비행선

비행선 폭발의 교훈

부록

과학자 소개/과학 연대표/체크, 핵심 내용/이슈, 현대 과학/ 찾아보기

초등과학부터 중, 고등과학까지 교과연계되어

깊이 있는 과학적 탐구가 가능한 도서예요

아르키메데스가 직접 강의하는 형태로 되어있는 도서라

질문을 하고, 같이 해결해가는 과정을 통해

과학 원리를 배울 수 있어서 생각하는 힘도 함께

기를 수 있는 초등과학 전집이에요

첫 수업은 [물 도우미와 부력]에 관한 수업이에요.

물속에서 돌을 들어 올릴 때와 물 밖에서 돌을 들어 올릴 때

돌의 무게가 다르게 느껴진 이유를 알아봐요

왜 똑같은 돌인데 물속에서 더 가벼워진 느낌일까?

이 궁금증을 해결하기 위해 사고실험을 통해 답을 알아봐요

물속에서 돌을 든다 → 물 밖보다 힘이 덜 든다

→ 힘이 덜 든다는 건 누군가의 도움이 있다는 거다

→ 주위엔 물뿐이 없다 → 그럼 물이 도와주는 건 아닐까?

맞아요.

물은 아래에서 위로 물체를 떠올려 주는 힘을 지니고 있고

이러한 힘을 부력이라고 합니다

물속에서는 부력 때문에 돌을 쉽게 들어 올릴 수 있어요

그럼 부력은 물체를 떠올려주는 힘이니까 물속에서 손을 놓아도

돌은 떠올라 주어야 해요

하지만 돌은 아래로 떨어집니다.

이것은 부력과 함께 또 다른 힘이 작용하고 있다는 증거.

그것은 중력입니다

부력은 아래에서 위로 작용하고, 중력은 위에서 아래로 작용한다.

부력과 중력은 서로 반대쪽으로 작용하는 것이다

첫 수업을 통해 부력과 중력의 기본 개념을 알아봤어요

그렇다면 부력이 왜 생기는지 두 번째 수업으로 알아봅니다

두 번째 수업에서도 사고실험을 통해 답을 찾고자 합니다.

이런 사고실험 방법은 머릿속으로 하는 상상 속의 실험이기 때문에

위험하지도 않고 창의력을 키워주는데 굉장히 도움이 되는 실험이에요

천재 과학자인 아인슈타인이 즐겨 하던 실험 방법이기도 하지요

부력이 생기는 이유를 알기 위해 우리는 잠수를 해요

잠수를 한다 → 고막에 변화가 생긴다

→ 깊이 내려갈수록 고막이 더욱 강한 압박을 받는다

고막이 받는 압박은 수압 때문이에요.

수압은 물이 누르는 힘이고, 누르는 힘 이것을 흔히 압력이라고 하죠.

누르는 힘은 무거울수록 강해지고, 물 또한 마찬가지예요

그러니 물이 많으면 많을수록 누르는 힘은 강해져요

바다 깊이 내려갈수록 물이 누르는 힘, 즉 수압은 더욱 커집니다

사고실험을 통해 물에는 수압이 있다는 걸 알게 되었어요

그런데 수압이 꼭 위쪽에서만 누르란 법은 없어요

물은 상하좌우, 대각선, 앞뒤 할 것 없이 마구마구 내 몸을 눌러요

여러 방향에서 누르는 수압의 차이로 인해 부력이 생기는 거예요

자세한 내용은 책으로 읽어보면 정말 머릿속에 쏙쏙 들어와요

특히 이 사고실험 방법이 간단하면서도 스스로 생각하는 힘을

길러주는 거 같더라고요

세 번째 수업부터 다섯 번째 수업까지는

그 유명한 [유레카]를 외치게 한 왕관 속의 이물질을

어떻게 알아내게 되었는지에 관한 수업이에요

앞에서 부력에 대해 배운 이유는 이번 수업을 위해서였던 거 같아요

부력을 알게 되었으니 앞으로 더 나아가서 응용력을 키워봐야겠죠

응용력이 부족한 건 창의적인 생각을 많이 하지 않았기 때문이래요.

이 책을 읽다 보면 창의적인 생각을 많이 할 수밖에 없어요.

유레카 일화

왕은 왕관 제조업자에게 필요한 양의 금을 주고

아름다운 왕관을 만들어오게 해요

그런데 왕관 제조업자가 왕이 준 황금의 일부를 빼돌리고

은을 섞어 왕관을 만들게 했다는 소문이 돌기 시작해요

그래서 왕은 최고의 과학자인 아르키메데스를 불러 진실을 알아보도록 시켜요

아르키메데스는 왕의 고민을 해결하기 위해

여러 날을 고민하지만 좋은 아이디어가 생각나지 않자

목욕탕에 가서 몸과 마음을 추스르기로 했어요

온수가 넘칠 듯 가득한 욕조에 몸을 담그자 물이 밖으로 흘러넘쳤지요

보통의 사람은 대수롭지 않게 보아 넘기는 현상이고,

아르키메데스 역시 이전에는 별 의미를 두지 않았어요

그런데 그날은 자꾸 넘친 물이 의식이 되었죠

'물이 왜 넘치지?'

그리고 잠시 후에

"유레카! 유레카! 유레카!"를 외치며 옷 입는 것도 잊어버린 채

왕궁으로 뛰어갔어요

유레카는 그리스어로 '알아냈다'라는 뜻이에요

왕의 앞에 간 아르키메데스는 흘러넘친 물의 양으로

왕관의 진위 여부를 파악할 수 있다고 얘기해요

이 원리를, 아르키메데스의 원리라고 합니다

모양이 불규칙한 물체의 부피 계산 :

물이 가득 찬 수조에 물체를 넣고 흘러넘친 물을 모아서

그 물의 부피를 측정하면 된다

밀도란 쉽게 말해 얼마나 빽빽한가를 나타내는 것인데

버스의 그림을 통해 설명해 주어서 쉽게 이해가 가요

그리고 밀도에 대해 과학자의 비밀노트에서

좀 더 자세하게 설명을 해주기도 합니다.

밀도란 물질의 질량을 부피로 나눈 값이다

※밀도는 물질마다 다르고, 물보다 밀도가 큰

쇳덩이와 돌덩이는 물에 가라앉는다

하지만 쇳덩이와 돌덩이보다 밀도가 큰 수은에는 뜬다.

물의 밀도를 높이는 간단한 실험을 해봅니다.

책에서는 사고실험을 하지만 간단하니 직접 해봐도 좋을듯해요

소금을 물에 넣으면 소금이 물에 녹아요.

물 사이사이의 틈으로 소금이 들어가 공간을 채움으로써

물속 공간이 더 빽빽해진다. 즉 밀도가 높아진다는 거죠.

그래서 달걀보다 밀도가 높아져 띄울 수 있게 되죠

여기까지 읽었다면 쇠를 물에 뜨게 할 수 있겠죠?

물에 소금을 왕창 넣어서 밀도를 높여 쇠를 띄운다는 건 답이 아닙니다

(달걀을 띄우기 위해서도 어마어마한 양의 소금이

들어갔어요. 배를 띄우기 위해 소금을 넣는건 사실상 불가능할 거 같아요)

쇠를 물에 띄우는 방법은 부피를 변화시키는 거예요.

쇠를 얇게 펴서 부피를 늘려주는 형태로 만들면, 밀도를 줄일 수 있어요

드디어 제가 그동안 궁금했던 배가 물에 어떻게 뜨지?라는

궁금증이 해결이 되었어요 ㅋㅋㅋ

40년 넘게 갖고 있던 궁금증이

과학자가 들려주는 과학 이야기로 풀렸네요 ^^;;

여섯 번재 수업에서는

작은 힘으로 큰 힘을 내는 파스칼의 원리에 대해 알아봤어요

고체 - 손으로 눌렀을 때 모양이 쉽게 변하지 않는

응집 상태가 강하게 결합돼 있는 물질

액체- 약간만 휘저어 주어도 흐르면서 모양이 변함.

물과 같이 내부 물질이 느슨하게 연결돼 있는 상태

기체- 액체보다 더 유연한 성질을 갖고 있으며

공기 입자들처럼 느슨하기가 이를 데 없는 물질 상태

유체란

고체를 떼어버리고 액체와 기체만을 묶어서 부르는 이름

액체이건 기체이건 흐르는 성질이 있는데

이런 유체의 운동을 연구하는 분야를 유체역학이라고 함

파스칼의 원리: 유체의 한곳을 누른 압력은 모든 곳 모든

방향으로 그대로 전달되어서, 단면적에 비례하는 힘을 얻는다.

물도 부력을 낳으니 같은 유체인 공기도 부력을 낳아야 한다.

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맞아요. 공기도 부력을 만들어 내지요

공기의 부력은 하늘을 나는 것을 도와주지요

인간은 늘 날고자 하는 꿈을 갖고 있었어요

프랑스의 몽골피에가 우연히 불을 쪼이던

종이봉투가 공중으로 두둥실 떠오르는 것을 발견해요

몽골피에 형제는 신기한 현상을 여러 번 반복 실험했고

이때의 발견으로1783년 9월 역사적인 비행이 이루지게 됩니다

사고실험

종이봉투를 불꽃 가까이 가져가면 떠오른다

→하지만 종이봉투가 떠오르려면 봉투 속으로

뜨거운 공기가 가득 들어가야한 한다.

→봉투 속의 뜨거운 공기는 움직임이 활발해져

여기저기 부딪혀 종이봉투를 부풀어 오르게 하고

어떤 공기는 봉투 밖으로 빠져나가기도 한다

→종이봉투 속의 공기가 줄어든다는 것은 봉투가 가벼워진다는 뜻이다

→가벼워진 봉투는 떠오른다. →종이봉투 속으로

뜨거운 공기가 가득 채워지기만 하면 종이봉투는 크기에

상관없이 떠오른다 →하늘을 날 수 있다

이렇게 몽골피에 형제가 만든 열기구가 탄생하죠

마지막 강의까지 막힘없이 너무 재미있게 읽을 수 있었어요

과학자가 들려주는 과학 이야기 - 아르키메데스가 들려주는 부력 이야기는

부력에 관한 모든 이야기를 들려주는 책이에요.

특히 발견과 관련된 역사적인 일화를 통해 재미있게 설명해 주기 때문에

더 쉽게 이해가 가고 빠져들게 되는 책이더라고요

반복되는 사고실험으로 창의적인 생각을 하는 방법도 배우고

문제를 해결하기 위해 어떤방법을 쓰면 좋을지 알게 되는 시간이었어요

또 부력의 원리에 대해 알게되었어요.

과학자가 들려주는 과학이야기는 읽으면 읽을수록

빠져들게 되는 책이더라고요.

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분명 어려운 부분도 있지만 알기 쉽게 풀어서 설명해주려 예를 들거나

그림으로 보여주는 부분이 꽤 도움이 됩니다

과학자들의 창의적인 생각들을 배울 수 있어서 더욱 좋은 책이예요