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[창의력 키우기] 과학창의력
영재교육 전문기관 와이즈만에서 과학 창의력과 수학 사고력을 키워줄 수 있는 다양한 예시문항을 준비했습니다. 이번 주에는 소리를 에너지로 바꾸는 방법, 경주용 자동차 바퀴의 특징, 내쉬 균형과 게임이론 등의 주제를 다룹니다.
초 등...소리 에너지 어디서 구할까?
애니메이션 '몬스터 주식회사'를 본 친구 있나요? '몬스터 주식회사'의 내용처럼 소리로 에너지를 만든다는 상상은 현실에서 가능할까요? 네, 가능합니다. 최근 미국 유타 대학에서는 소리 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 엔진 장치를 개발했다고 합니다. 아직은 상용화까지 기술 개발이 더 필요하지만 소리로 에너지를 만든다는 상상이 가까운 미래에 가능하게 된 것이지요. 소음을 에너지로 바꿔 사용할 수 있는 시대에 산다면 우리의 생활은 어떻게 바뀌어 있을까요? 예를 들면, 큰 소음이 끊임없이 나는 공사장은 에너지를 만들 수 있는 곳으로 인기가 높아지겠지요.
<문제> 전기를 만들기 위한 소음은 어디서 구하면 좋을까요? 그 결과 생활에는 어떤 변화가 일어날까요? 소음으로 전기를 만들어 사용하는 미래 사회의 변화된 모습을 자세하게 적어 주세요. 한 가지 아이디어라도 정교하게 다듬는 것이 중요합니다.
자신의 답을 적고 다음 평가 기준으로 스스로 평가해 보세요.
1. 소리 에너지를 만들 수 있는 곳을 제시하였는가?
2. 미래의 변화된 사회 모습을 제시하였는가?
3. 한 가지 아이디어라도 정교하게 답안을 정리하였는가?
<해설> 이번 문제는 소음을 에너지로 바꿔 사용할 수 있는 시대에 산다면 우리의 생활은 어떻게 바뀔지 생각해 보는 문제였지요. 소음, 소리가 나는 곳으로 공장, 시장, 은행, 기차, 노래방, 운동장 등을 떠올리셨을 거예요. 그런데 문제는 "그 결과 생활에는 어떤 변화가 일어날까요?" 하는 것까지 원했던 부분이었습니다. 소음으로 전기를 만들어 사용할 수 있는 미래사회의 변화된 모습을 상상해 자세하게 적어보는 것이었지요. 창의력 문제는 기발한 아이디어를 내는 것도 중요하지만, 문제에서 무엇을 원하고 어떻게 정리하기를 원하는지 파악하는 것도 중요합니다. 자신의 답이 소음, 소리를 내는 장소를 답하는 것에만 머물러 있지 않은지 돌아 보세요,
모범적인 답안은 다음과 같습니다.
먼저 '소음이란 무엇인가' 소음의 정의를 밝히고, 소음의 종류는 생활, 교통, 공장, 항공기 소음으로 나눠 다양하고 자세하게 적은 후, 미래 사회의 변화로 '떠드는 것이 적극적으로 권장되는 사회'와 '소음을 마음껏 내는 <소음 파크>'가 생길지 모른다고 재미있는 생각을 할 수도 있겠지요?
중 등...경주용 자동차 타이어의 비밀
<문제> 조금 더 빠르고 효율적인 이동수단을 위해 만들어진 자동차는 19세기 후반 휘발유와 경유를 사용하는 내연기관의 발명과 함께 발달했습니다. 더 빨리 달리는 것에 대한 사람들의 열망은 모터스포츠라는 새로운 형태의 경기를 만들어내기도 했지요. 사진에서 보이는 자동차는 세계 3대 스포츠 이벤트의 하나인 F1 경기에서 달리는 자동차예요. 최신 기술을 전폭적으로 사용하는 이 자동차들은 머신이라고 불리우며 최고속도가 시속 350㎞ 정도에 이르고 가속력과 제동능력이 월등하죠. 사진을 잘 보면 경주용 자동차의 바퀴는 지름에 비해 폭이 무척 넓은 것을 볼 수 있습니다. 또 보통 타이어에는 복잡한 패턴의 홈이 있지만 경주용 자동차에는 단순한 홈만 있을 뿐이지요. 두께와 모양에서 나타나는 이런 차이는 어떤 이유 때문일까요?
<해설> 경주용 자동차는 빠른 속도를 내고 잦은 코너를 회전해야 합니다. 제동과 가속도 일반 자동차보다 훨씬 뛰어나야 하죠. 그러려면 자동차의 엔진이 주는 힘을 지면에 전달하는 부분이 더 좋은 효율을 지녀야 합니다. 결과적으로 타이어의 폭이 넓어지면 지면과의 접촉 면적이 커지고 그에 따라 지면에 더 큰 힘을 줄 수 있습니다. 이러한 힘을 바퀴의 회전력과 연결시켜서 보통 토크라고 표현하고 단위로는 kgf·m(킬로그램중미터)를 사용하지요. 이렇게 지면에 힘을 잘 전달시키게 되면 상대적으로 더 빠른 가속과 제동을 할 수 있게 됩니다. 경주용 바퀴에 홈이 없는 이유는 일반적인 바퀴의 홈이 빗물을 배수하기 위한 목적이기 때문이예요. 홈이 많을수록 지면과의 접지 면적이 줄어들고 결과적으로 토크가 줄어들어 성능이 떨어지게 됩니다. 일반적으로 경주용 자동차들은 날씨가 맑으면 아무런 홈도 없는 타이어(슬릭 타이어)를 사용합니다. 사진의 경주용 자동차에 달려있는 타이어는 배수를 고려한 레인타이어입니다.
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 / 입력시간: 2008. 02.19. 09:29
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