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단풍나무 씨앗 낙하 원리와 실험
1. 탐구 주제
단풍나무의 열매(시과)가 돌면서 낙하하는 원리를 알아보고 여러 가지 시과 낙하 실험을 한다.
2. 탐구하게 된 동기
어렸을 때 외할머니 집 앞 마당에는 단풍나무가 한그루 있었는데 가을이 되면 바람에 의해 많은 단풍 씨앗들이 바닥에 떨어졌다. 그러면 동생과 같이 높은 곳에서 단풍 씨앗들을 떨어뜨리면 빙글빙글 돌면서 떨어지는 것이 신기했다. 며칠 전 대모산을 등산하다가 우연히 단풍나무 씨앗을 보게 됐는데 어릴 적에 신기하게 생각했던 단풍나무 씨앗 낙하에 대해 좀 더 알아보기 위해 이 탐구를 하게 되었다.
3. 탐구를 통해 알고 싶은 점
① 단풍나무 씨앗의 낙하 원리에 대해 알아본다.
② 단풍나무 씨앗이 떨어지는 데 걸리는 시간을 측정해본다.
③ 실험을 통해 단풍나무 씨앗을 위한 가장 알맞은 날개 모양을 알아본다.
4. 탐구 실행방법
⑴ 탐구기간 : 8월 15일, 8월 16일 ( 총 2일 )
⑵ 탐구대상 : 단풍나무 씨앗
⑶ 탐구방법 : 실험, 조사
⑷ 준비물
- 신나무 씨앗 ( 단풍나무 씨앗은 아직 여물지 않아서 신나무 씨앗을 쓰게 되었다. 신나무는 단풍나무과이다.), 클립, 가위, 종이 ( 두꺼울수록 좋음.)
⑸ 실험방법
Ⅰ. 신나무 씨앗 낙하시간 측정
① 바닥으로부터 2m위의 지점에서 신나무 씨앗을 떨어뜨린다.
② 신나무 씨앗이 떨어지는데 걸리는 시간을 측정한다.
Ⅱ. 신나무 씨앗 날개에 알맞은 모형 찾기
① 여러 가지 씨앗 날개 모형을 종이를 오려서 만든다.
② 모형을 약간 구부려서 클립에 끼운다.
③ 만든 것을 바닥으로부터 2m위의 지점에서 떨어뜨려 떨어지는 …(생략)
모양을 관찰한다.
⑹ 실험결과 예상
- 신나무 씨앗이 빙글빙글 돌면서 떨어지는 까닭은 비행기가 하늘을 나는 원리와 비슷할 것이다.
- 신나무 씨앗은 자유낙하를 하는 것이 아니므로 2m위에서 떨어지면 지면에 도달 하는 시간은 약 2~3초가 될 것이다.
- 신나무 씨앗 날개에 알맞은 모형으로는 비행기 날개와 비슷한 모형일 것이 라고 생각한다.
5. 탐구내용 및 결과
⑴ 시과의 낙하 원리 (조사)
단풍나무는 씨앗을 퍼뜨릴 때, 헬리콥터의 날개처럼 생긴 껍질에 씨앗이 들어있다. 단풍나무의 씨앗은 다른 말로 `시과`라하며, 시과는 바람에 의해 멀리 날아가면서 땅으로 떨어지는 것이다. 씨앗의 날개는 얇고 경사가 져 있어 공중에서 돌면서 떨어지게 돼 있다. 시과는 떨어질 때, 껍질 날개 위에서 앞전 와류(leading edge vortex)라는 소용돌이가 생긴다. 소용돌이는 날개 위쪽의 공기압력을 낮춘다. 이러면 토네이도가 회전하면서 아래쪽 공기를 빨아들이는 것처럼 씨앗 날개도 위로 빨려간다. 덕분에 씨앗 날개가 공중에 머무는 시간이 늘어난다. 이때 바람이라도 불면 더 먼 곳으로 날아갈 수 있다. 이러한 시과의 낙하 원리는 미래에 낙하산이나 행성 탐사용 초소형 헬리콥터 비행체 개발에 적용될 것이라고 한다.
⑵ 실험결과
실험Ⅰ. 신나무 씨앗 낙하시간 측정
① 실험사진
② 실험결과
- 단풍나무 씨앗이 2m 떨어지는데 평균 2.49초 걸린다.
- 실험 중 오차 생길 수 있는 원인
? 씨앗 떨어질 때 나의 반응 속도, 10번 모두 일정한 높이에서 떨어뜨리기
실험Ⅱ. 신나무 씨앗 날개에 알맞은 모형 찾기
① 실험사진
② 실험결과
위와 같은 총 세가지 모형을 만들어서 썼음.
- 가장 밑에 있는 모형만 빙글빙글 돌아갔고, 나머지 모형은 낙하만 했다.
6. 탐구를 통해 알게 된 점, 느낀 점
이 탐구를 통해 단풍나무가 번식하는 방법을 좀 더 깊게 알게 되었고, 단풍나무 씨앗이 떨어지는 과정을 좀 더 자세히 알게 되었다. 작년에 했던 과일전지에 비해서 좀 더 쉬워서 실험 하는 것이 수월했다.
하지만 나에게는 아쉬움이 너무 많이 남는다. 신나무 씨앗 날개에 알맞은 모형 찾는 실험에서 모든 모형이 빙글빙글 돌면서 떨어질 줄 알았는데, 그렇게 되지 않아서 인지 미련이 남는다. 또 내가 한 두가지 실험을 제외하고서 여러 다른 관찰과 실험을 할 수 있었는데 미처 생각을 하지 못했다. 예를 들어, 단풍나무 씨앗의 날개 각도를 통해 단풍나무를 구분 할 수 있다고 하는데 그것을 못 해본 것이다. 실험 전에 사전 준비가 철저하지 못한 것에 대한 반성과 함께 다음엔 더 잘해야 겠다는 다짐을 했다.
7. 참고문헌
- Science 지 “Leading-Edge Vortices Elevate Lift of Autorotating Plant Seeds ”
- 나사 홈페이지 “Maple seed helicopter”
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