오늘은 아주 간단한 도구로 동서남북 방향을 알아볼 수 있는 실험을 진행해보려고 합니다. 오늘 실험으로 나침반의 사용법과 홈메이드 나침반을 만들 수 있다면 앞으로 산이나 숲으로 여행 갈 때 아이들과 자석으로 방향 알아맞히기 놀이도 해보시면 좋겠습니다.
1. 자석과 나침반 실험 준비물
- 나침반
- 자석
- 스티로폼 조각 (물에 쉽게 뜰 수 있는 코르크, 풀, 종이 조각 등으로 대체 가능)
- 바늘
- 물
- 널따란 접시 또는 쟁반 (코르크가 동동 떠있을 수 있는 크기와 깊이라면 무엇이든 가능)
2. 자석과 나침반 실험 과정
아이들에게 나침반은 생소한 도구일 겁니다. 먼저 나침반의 사용법과 원리 그리고 방향을 보는 법과 의미에 대해 인지시키는 것이 좋습니다. 먼저 준비한 나침반을 바닥에 내려놓아 주세요. 나침반의 빨간 침(N)과 파란 침(S)이 각각 가리키는 곳을 자세히 살펴보고 N을 가리키는 빨간 침 쪽은 북쪽, S를 가리키는 파란 침 쪽은 남쪽이라는 것을 알려주세요. 북쪽이 위를 향할 때 오른쪽이 동쪽, 왼쪽이 서쪽이라는 것도 알려주시면 더욱 좋습니다. 그러면서 해가 어디에서 뜨고 어디로 지는지, (목적지가 있는 바깥이라면) 우리의 목적지는 어느 방향이고 어느 쪽으로 가야 하는지, (집에 있다면) 우리 집의 거실 창문은 어느 방향인지 등등 실생활과 접목시켜 이해시키면 아이들이 오래도록 기억하는데 도움이 되겠죠. 이렇게 나침반의 사용법과 방향 보는 법, 그리고 그 의미에 대해 인지했다면 이번엔 직접 나침반을 만들어 볼 차례입니다. 준비한 바늘에 자성을 입혀줘야 하는데 바늘의 끝을 잡고 자석으로 쓸어내리듯 두드려주세요. 보통 50회 정도 진행하면 되는데 자성이 약한 자석의 경우 좀 더 많은 횟수를 진행해야 할 수 있습니다. 한쪽을 자석으로 50회 이상 두드렸다면 이번엔 바늘의 반대쪽에도 자성을 입혀줘야 합니다. 이번엔 반대쪽 끝을 잡고 자석을 두드려줄 건데, 아까 두드렸던 쪽의 반대쪽을 사용해야 합니다. 자석엔 S극과 N극이 있으니 바늘도 각각 양극을 만들어줘야겠죠. 막대자석이라면 아까 두드렸던 쪽의 반대 극으로 두드려주고, 원형자석이라면 아까 두드렸던 쪽에서 뒤집어 반대쪽으로 두드려주세요. 마찬가지로 50회 이상 쓸어내리듯 두드려주면 됩니다. 이렇게 바늘에 자성을 잘 입혀줬다면 이제는 준비한 스티로폼 조각에 바늘을 끼워 넣어주세요. 스티로폼 조각이 바늘 정중앙에 오도록 끼워주면 됩니다. 그리고 널따란 접시나 쟁반에 물을 받아주시고 아까 만들어놓은 스티로폼 조각과 바늘을 물 위에 띄워주세요. 그리고 기다립니다. 그러면 스티로폼 조각과 바늘이 천천히 돌면서 어떤 방향을 가리키도록 고정될 겁니다. N극으로 두드렸던 쪽이 북쪽을 가리킬 텐데 나침반의 사용법과 방향의 의미를 인지시켰던 것처럼 홈메이드 나침반으로도 동서남북 방향을 알 수 있도록 알려주시면 됩니다.
3. 자석과 나침반 실험의 과학적 원리
자석은 철이나 니켈 등을 끌어당기는 성질을 가지고 있습니다. 이렇게 자석의 끌어당기는 힘을 자극이라고 하며 그 성질을 자성이라고 부릅니다. 이러한 자석은 신기하게도 물 위에 올려놓거나 공중에 매달아 두면 항상 남과 북의 방향을 가리키죠. 이때 자석의 N극이 가리키는 곳은 북쪽, S극이 가리키는 곳은 남쪽입니다. 나침반의 바늘이 항상 남북 방향을 가리키는 것도 바로 나침반이 자성을 가진 자석이기 때문입니다. 지구는 복잡한 과정에 의해 자기장을 발생시키는데 이 자기장은 지구 전체를 둘러싸고 있습니다. 나침반은 이러한 지구의 자기장을 이용해 만들어진 발명품입니다. 11세기 중국에서 철로 된 자침을 이용한 나침반이 처음 발명되었고 항해에 이용되었습니다. 이 나침반 기술은 유럽에서 발전을 거듭하며 15세기에는 콜럼버스가 신대륙을 발견하는데 아주 큰 공헌을 했습니다. 바로 남과 북 방향을 가리키는 나침반으로 정확한 방향을 알 수 있었기 때문이죠. 나침반 바늘은 지구의 자기장에 노출되면 바늘은 지구의 자기장을 따라 정렬되어 북극을 향하게 됩니다. 이 때문에 나침반 바늘은 항상 지구의 북쪽과 남쪽을 가리키게 됩니다.
4. 실생활에서 자석의 원리와 활용을 알아볼 수 있는 TIP
자석과 나침반에 대한 실험을 통해 방향까지 알게 되고 자석의 원리에 대해서도 배워보았습니다. 이렇게 실험을 진행했다면 이번에는 실생활에서 쉽게 찾아볼 수 있는 자석을 찾아보고 어떻게 작동하여 우리에게 도움을 주는지 아이와 함께 알아보면 좋습니다. 아이가 자석의 원리와 작동에 대해 정확하게 인지할 수 있는 확실한 방법이죠. 가장 쉽게는 가정에서 사용하는 냉장고 문을 열고 닫으며 알아볼 수 있습니다. 냉장고 문 안쪽 테두리에는 자석이 달려있어 냉장고 문이 몸체에 가까이 다가가면 문이 저절로 닫히게 됩니다. 아이가 반복적으로 열고 닫으면서 자석이 부착되어 작동하는 원리임을 설명해 주세요. 또 집에서 쉽게 찾아볼 수 있는 장난감에서도 자석을 찾아보세요. 저희 집 같은 경우에는 아들을 키우고 있는데 자동차가 자석이 심어져 있는 카드를 가까이 대었을 때 로봇으로 변신하는 장난감이 있습니다. 놀이를 하면서 자석의 원리임을 알려주니 집에서 또 다른 자석을 찾아보는 적극적인 모습도 보이더군요. 집에서 자석에 붙는 물체와 붙지 않은 물체를 찾아보며 구리나 동 같은 물질은 자석에 붙지 않는 것도 관찰했습니다. 특히 아이들은 동전이 자석에 꼭 붙을 것이라 생각하는데 동전이 붙지 않아 의아해하더라고요. 동전은 자석에 붙지 않는 구리와 니켈로 만들어졌다는 것도 배웠습니다. 여러분들도 집에서 자석으로 작동하는 여러 가지 물건을 찾아보며 재미있는 시간을 보내보세요. 이 외에도 자기 부상열차가 열차와 선로 사이의 밀어내는 자기력을 사용해 부상한 채로 움직이는 교통수단인데요. 바퀴가 없고 레일과 밑바닥이 닿지 않은 채 움직이기 때문에 마찰이 없고 소음과 진동이 적다는 장점이 있습니다. 무엇보다 마찰로 인한 에너지 손실이 없어 높은 속도를 낼 수 있는 고속 열차입니다.
이처럼 실생활에서 크고 작게, 또 쉽게 접할 수 있는 자석에 대해 찾아보고 체험해 보면서 과학과 친해질 수 있는 시간을 아이와 함께 보내보세요! 오늘은 자석과 나침반에 관한 실험 이야기였습니다.
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