■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	증기 보트			실험 원리	작용, 반작용의 원리
실험 시간	40분	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	칼라보드, 구리관, 주사기, 연료용기, 솜, 알코올, 보트모형 도안, 고무줄, 스포이트
교사준비물	넓은 수조			학생준비물	자, 펜
실험 결과	증기보트 1개를 만들어 갈 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 보트의 모양을 창의적으로 만들 수 있도록 지도 하여주세요. TIP 2. 주사기의 주사 바늘을 제거하시고 학생들에게 나누어 주시기 바랍니다. TIP 3. 알콜을 다룰 때(불 붙일 때) 반드시 교사 지도하에 실시할 수 있도록 지도하세요. TIP 4. 구리관이 가열되면 매우 뜨겁습니다. 완전히 식을 때 까지 손대지 않도록 지도하세요. ☞보트를 뒤집어 구리관을 물에 담그면 빨리 식습니다. TIP 5. 알콜솜에 붙인 불을 끄려면!! 다 탈 때 까지 기다리거나, 주사기로 물을 부어보세요. 억지로 끄려고 입으로 불거나 손을 대서 끄려고 하면 안됩니다. TIP 6. 공기주입식 물놀이 풀(pool)을 사용하시면 더 좋은 학습 효과를 내실 수 있습니다.

물체를 앞으로 나아가게 하려면 어떻게 해야 할까요?

뒤에서 물체를 밀어주거나, 엔진을 달고 연료를 넣는 등 여러 답을 유도합니다.

1. 증기보트가 앞으로 나아가는 모습이 어떤가요?

증기보트가 구리관 뒤로 통통통 너울(잔물결)을 만들며 앞으로 나아갑니다.

2. 증기보트가 앞으로 나아가는 원리는 무엇일까요?

뉴튼의 제3법칙 작용-반작용의 법칙으로 설명할 수 있습니다.

구리관 속의 물이 열을 받아 부피가 늘어나 관 밖으로 밀려나가는데, 증기보트가 물을 뒤로 보내주는 힘 만큼 물도 증기보트를 앞으로 밀어주기 때문에 앞으로 나갈 수 있습니다.

운동법칙 [運動法則, law of motion]

물체의 운동에 관한 기본법칙. 뉴턴의 운동법칙이라고도 한다. 뉴턴은 이 운동법칙을 3개로 정리하여 1687년 출판된 《프린키피아》에서 발표하였으며, 이로써 물체의 질량 및 힘의 개념이 명백해졌고, 고전역학의 기초가 확립되었다.

【제1법칙】 관성의 법칙이라고도 한다. 외부로부터의 힘의 작용이 없으면 물체의 운동상태는 변하지 않는다는 법칙이다. 물체는 힘이 작용하지 않는 한 정지한 채로 있거나 등속도운동을 계속한다.

【제2법칙】 물체의 운동의 시간적 변화는 물체에 작용하는 힘의 방향으로 일어나며, 힘의 크기에 비례한다는 법칙이다. 운동의 변화를 힘과 가속도로 나타내면, F=ma가 된다. 즉 물체에 힘이 작용했을 때 물체는 그 힘에 비례한 가속도를 받는다. 이때 비례상수를 질량이라 하며, 이 식을 운동방정식(뉴턴의 운동방정식)이라 한다.

【제3법칙】 작용-반작용의 법칙이라고도 한다. 두 물체가 서로 힘을 미치고 있을 때, 한쪽 물체가 받는 힘과 다른 쪽 물체가 받는 힘은 크기가 같고 방향이 반대임을 나타내는 법칙이다(한쪽 힘을 작용이라 하면 다른 쪽 힘은 반작용이며, 어느 쪽을 작용이라 하든 상관없다). 즉, 두 물체의 상호작용은 크기가 같고 방향이 반대이다.

샤를의 법칙 [Charles' law]

기체의 온도와 부피와의 관계를 나타내는 법칙

이 법칙은 1801년 게이뤼삭에 의하여 확립되었으나, 이보다 앞서 1787년에 샤를이 같은 내용을 발표하였기 때문에, 일반적으로 샤를의 법칙이라고 한다.

제1법칙과 제2법칙이 있다. 제1법칙은 기체팽창의 법칙, 게이뤼삭의제1법칙이라고도 하며, 일정한 압력에서 기체의 부피는 그 종류와는 관계없이 절대온도에 정비례하여 증가한다는 법칙이다.

즉, 압력이 일정할 때 기체의 부피는 종류에 관계없이 온도가 1℃ 올라갈 때마다 0℃일 때 부피의 1/273 씩 증가한다는 것이다. 일정한 압력일 때 기체 분자의 운동은 온도가 높아짐에 따라 활발해져서 용기의 벽에 충돌하는 횟수가 증가하므로 부피가 커지게 된다. V를 온도 t℃에서의 기체의 부피라 하고, V0을 0℃에서의 부피라고 하면, 다음의 관계식이 성립된다.