바늘 나침반을 만들어서 동서남북 방향 알아보기

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바늘나침반 , 바늘나침반 방향 자북 진북 동서남북 - 미리보기를 참고 바랍니다.
본문/내용
과학탐구보고서
( 주제: 바늘 자석 나침반 만들기 )
과 목
반 번
이 름

1. 탐구주제

- 바늘 나침반을 만들어 방향을 알 수 있을까?

2. 탐구하게 된 동기

TV를 보고 있는데 얼마 전 중국 지진 때문에 많은 사람들이 죽고, 지진으로 인해 산속에서 갇히거나, 길을 잃어 도움이 필요했다는 내용을 보게 되었다.
산에서나 길을 잃었을 때 어떻게 하면 방향을 찾아 길을 찾을 수 있는지 알아둘 필요가 있겠다는 생각이 들었다. 조난을 당했을 때 방향을 찾는 방법, 나침반이 없더라도 방향을 알아내는 방법 등을 알아보는 실험을 해보면 재밌을 것 같았다. 나침반이 없을 때 그 역할을 대신할 수 있는 방법을 찾아보니 바늘과 자석을 이용하면 나침반을 대신할 수 있다는 것을 알게 되었다. 어떻게 나침반을 대신해 바늘과 자석을 하여 방향을 알 수 있을까 하는 생각으로 이 실험을 하게 …(생략)

3. 탐구를 통하여 알아보고 싶은 점

4. 준비물

5. 실험 절차와 방법

1) 준비물을 준비한다.

2) 나침반으로 동서남북 방향을 맞춘다.

3) 자석으로 바늘을 문지른다.

4) 물을 담은 양푼에 나뭇잎을 띄우고, 위에 바늘을 올려놓는다.

5) 바늘이 각각 남쪽과 북쪽을 가리키면서 멈추는지 살펴본다.

6) 바늘 나침반이 가리키는 방향과 나침반이 가리키는 방향이 같은지 확인한다.

7) 바늘 나침반의 원리와 이밖에 나침반 없이 방향을 알 수 있는 것들은 무엇이 있는지 알 아본다.

6. 탐구장소 및 날짜

7. 탐구결과 예상

8. 실험과정(사진)

1) 나침반 방향 맞추기

2) 자석으로 바늘 문지르기

3) 물이 담긴 양푼에 나뭇잎 띄운 후 바늘 올려놓기

9. 탐구결과

10. 실험을 통해 알게 된 내용

- 나침반은 동, 서, 남, 북 방위를 찾을 때 사용한다.

- 자석을 나침반에 대어보면 바늘이 자석임을 알 수 있다.

- 바늘이 항상 남북으로 고정되는 것은 지구가 자석이기 때문에 자기장의 영향을 받아서 그렇게 되는 것이다.

※ 바늘의 뾰족한 끝을 자석의 N극으로 문지르면, 바늘이 자성을 가지게 된다. 바늘의 뾰족한 끝이 S극이 되고 귀가 있는 부분이 N극이다. 다음으로 물위에 나뭇잎을 띄우고 종이 위에 바늘을 올려놓으면 나침반처럼 돌아서 N극(뾰족한 부분)이 북쪽을 가리키게 된다.

11. 그 외 인터넷을 통해 알게 된 점

☞ 나침반 바늘은 왜 자석을 따라올까?

자석을 따라온다는 것은 자기력이 작용하기 때문이겠죠. 그리고 자기력이 작용한다는 것은 나침반 바늘이 자성을 띠고 있기 때문이죠. 나침반 바늘도 자성을 띄고 있기 때문에 자석을 따라 오는 거죠

☞ 자석으로 바늘을 계속 문지르면 왜 자화현상이 일어날까요???

자석으로 바늘을 문질렀을 때 자화현상이 일어나는 것은, 자석에 있던 자성(자력을 가진 성분)이 바늘로 옮겨가기 때문입니다. 그래서 자석으로 바늘을 문질렀을 때 바늘도 자석처럼 되는 것이다. 자석을 문지른 바늘에 열을 가하면 자성은 사라진다.

☞ 나침반의 역사와 원리

종이, 화약과 더불어 중국 3대 발명품 중의 하나인 나침반(羅針盤)은 언제 누가 발명했는지는 정확히 알 수 없습니다. 기록에 의하면 B.C 1,500년경 중국에서 자석이 쇠를 끌어당기는 것을 알고 있었다고 하지만, 그 지북성(指北性)은 좀 더 뒤에 발견한 듯 보입니다.

중국의 나침반은 1260년대 마르코 폴로가 유럽으로 전했다고 합니다.

나침반은 자기(磁氣)를 쇠막대(침)이 지구라는 커다란 자석에서 생기게 되는 자장(자기자오선)을 따라 일정하게 남과 북을 가리키는 원리를 이용하여 방위를 측정하는 기구입니다.

지구의 자북(캐나다 허드스만 북쪽)을 가리키는 자침 쪽을 N극, 반대쪽은 S극으로 표시합니다.

☞ 나침반 구조의 이해

나침반의 다이얼을 돌려보면 자침은 돌지 않고 다이얼의 눈금과 북방지시화살표가 같이 움직이게 되어 있습니다. 다이얼 눈금 밑에 위치한 하얀색의 눈금 테는 다이얼과 함께 돌지 않으며, 진행선과 같은 방향으로 일치되어 있습니다.

여기서 숙지할 것은 다이얼을 임의대로 돌렸을 경우, 눈금 테에 의해 읽혀지는 각도는 북방지시화살표와 진행선사이의 각도를 나타낸다는 것입니다. 북방지시화살표와 보조선은 평행이라는 점, 진행선과 진행선 양쪽의 가는 선 그리고 자가 있는 나침반 양쪽 면은 모두 평행이라는 점도 기본적으로 알고 있어야 합니다. 자침은 자석으로 되어 있기 때문에 빨간색 쪽이 항상 북쪽(나침반이 가리키는 북쪽은 자북이며, 캐나다 허드슨만 북쪽을 가리키도록 되어 있습니다.)을 가리키게 되어 있습니다. 자침이 들어있는 나침반집 속에는 특수기름이 들어 있어 자침의 진동을 흡수하기 때문에 자침이 빨리 정지하게 되어 있습니다.

☞ 나침반 사용법

1) 자북선 기입방법

자침이 가리키는 자북은 진북과 다르기 때문에 지도를 정확히 보려면 지형도 위에 자침 편차각에 따른 자북선을 먼저 기입하는 것이 좋습니다. 이는 산행을 떠나기 전 미리 해두는 것이 편리합니다. 현재 편차각이 7 로 되어 있는데 설악산의 경우 자북선을 긋는 방법은 다음과 같습니다.

① 지도의 방위표나 난외주기에 표시된 도자각을 확인합니다.

② 나침반집의 다이얼눈금을 360 에서 편차각 7을 뺀 353 로 조정해서 진행선에 맞춥니다.

③ 조정된 나침반 세로측을 지도상의 경도선이나 이와 평행하는 테두리선(도곽선)과 나침반 바닥의 북방지시 화살표와 일치되도록 맞춥니다.

④ 이렇게 지도상에 맞추어 놓은 나침반의 기저판자를 이용해 선을 그어 놓으면 7의 편차각을 조정하여 구한 자북선이 됩니다.

2) 지도를 정확하게 놓는 법

산행 시 자신의 위치나 특정지점의 위치를 찾으려면 실제지형과 지도의 방향이 일치되어야 합니다. 이러한 지형과 지도의 방향일치를 지도 정치(正置)라고 하는데 그 방법은 다음과 같습니다.

① 지도를 수평으로 놓습니다.

② 지도 위에 그어놓은 자북선에 나침반의 세로 측을 맞춥니다.

③ 나침반이 놓여진 지도를 돌려 진행선과 북쪽이 가르치는 자침을 일치시킵니다. 이렇게 정확하게 놓인 지도 위에서는 주위의 지형과 자신의 위치를 찾을 수 있습니다.

3) 방향각 측정

예로 전철 도봉산역에서 선인봉이 어느 방향에 있는가를 찾아보겠습니다.

① 지도 위에서 전철 도봉산역을 찾습니다.

② 목표로 하는 선인봉을 찾습니다.

③ 도봉산역과 선인봉을 나침반의 기저판 자를 이용, 직선으로 연결시킵니다.(이 때 나침반의 진행선 화살표가 도봉산역에서 선인봉 쪽으로 향하게 해야 합니다.)

④ 나침반집의 다이얼을 돌려 북방지시화살표가 미리 그어놓은 자북선과 일치 또는 평행 되게 합니다.

⑤ 이때의 다이얼 눈금이 도봉산역에서 선인봉의 방향각이다. 이렇게 해서 나온 수치 즉 방향각을 따라 선인봉으로 향하게 되는데 이러한 각도에 따라 움직이는 것을 방향각 진행이라고 하며 그 요령은 다음과 같습니다.

⑥ 지도 위에서 측정한 방향각이 표시된 나침반을 앞가슴에 대고 북방지시화살표와 빨간 자침(북쪽침)이 일치하도록 몸을 돌립니다.

⑦ 나침반의 진행선 방향으로 향해 나가면 목표 지점에 도달할 수 있습니다.

① 나침반을 손에 들고 눈과 나침반의 진행선과 목표지점을 일직선상에 놓습니다.

② 나침반이 움직이지 않도록 잡고 나침반집의 다이얼을 돌려 북방지시화살표와 북쪽 침이 일치되게 맞춥니다.

③ 이때 나침반의 진행선 위에 눈금이 현재 위치에서 본 목표지검의 방위각입니다.

☞ 방위각을 지도 위에서 찾는 방법

① 지도를 정확하게 놓습니다.

② 측정된 방위각을 나침반집의 다이얼을 돌려서 맞춥니다.

③ 지도상에서 현재의 위치를 찾습니다.

④ 나침반의 기저판 자를 현재 위치에 대고 나침반 전체를 돌려 북방 지시화살표와 자침을 일치되게 한 다음 기저판 자를 이용 직선을 긋습니다. 이 때 반드시 진행선의 화살표 방향이 목표지점 방향으로 되게 나침반이 위치해야 합니다.

☞ 도북.자북.진북이란?

① 도북(圖北)

단어는 지도상의 북쪽이라는 뜻인데, 지구 자전축이 북반구 지표를 통과하는 지점을 말합니다. 이것은 북극점과 일치합니다. 지도를 만들 때 북쪽의 표시는 도북을 기준으로 합니다. 또한, 위선은 모두 이 도북에서 출발하고 모든 경선은 도북을 중심으로 하는 동심원이 되지요.

② <자북>(磁北)

자석이 가리키는 북쪽이라는 뜻인데, 지구라는 커다란 자석의 N극 꼭지점 이지요. 따라서 나침반의 N극(북쪽을 가리키고 있는 부분) 은 이 자북을 가리키게 됩니다. 자북은 <지구 내부 순환운동>에 의해 계속 위치가 바뀌고 있습니다.

③ 진북>(辰北)

별이 가리키는 북쪽이라는 뜻인데, 북극성이 천구 중앙에 있는 지점을 말합니다. 진북도 북극성이 천구 중앙에 있는 지점이 계속 바뀌기 때문에 일정하지는 않습니다. 이것은 지구의 <세차운동> 때문이지요. 이 세 북쪽은 모두 방향이 조금씩 다른데, 그래서 지도를 보고 실제지형과 맞춰보기 위해서 지도상의 북쪽(도북) 과 실제지형의 북쪽을 일치시키려면, 나침반과 일치시켜도 안되고, 북극성을 보고 일치시켜도 안된다는 얘기가 됩니다.

그래서 군사용 지도와 같은 정밀한 지도에는 지도 여백(주기라고 합니다) 에 도자각과 도진각을 표기해 놓게 되어 있습니다.

도자각은 도북과 자북의 각도 차이이고, 도진각은 도북과 진북의 각도차이이지요. 결론적으로 나침반이 가리키는 북쪽을 따라 계속 가면 북위 75, 서경 100°부근의 배서스트섬에 도달하게 되어, <북극점> 에는 도달할 수 없게 됩니다.

※ 도북은 지도상 북쪽을 말합니다. 지도의 북쪽입니다. 지도가 가리키는 북쪽 즉 경선방향 지도의 방위표기가 없을 때는 통상 지도의 윗쪽을 북쪽으로 알면 됩니다.

자북은 나침반의 바늘이 가리키는 북쪽을 말합니다. 자력의 N극이 북쪽이라는 것입니다.

정북은 변하지 않지만 자북은 계속 변하고 있습니다. 아주 느리게 변하고 있기 때문에 오랜시간(수백년간) 관찰 기록해야 그 변화를 알 수 있는 것입니다.

☞ 주의사항

① 나침반은 늘 수평을 유지하고 장시간 직사광선에 노출되지 않도록 하고 금속물이나 전 자파를 내는 전자기기 등에서 떨어져 사용해야 본래의 기능을 발휘 할 수 있습니다.

② 나침반을 사용할 때 가까운 곳에 쇠붙이, 전자제품 등이 있으면 자침은 엉뚱한 곳을 가 리킬 우려가 있으니 주의하시기 바랍니다.

12. 탐구를 통하여 느낀 점

처음 이 실험의 시작은 방학과제 때문에 하게 되었다.

하지만 실험을 시작하면서 새롭고, 신기한 것들을 알게 되면서 귀찮거나 방학과제 때문에 억지로 하게 되었다는 생각은 잊게 되었다. 나침반이 어떤 것인지 알고는 있었지만 어떤 원리로, 어떻게 사용하는지 그 방법에 대해서는 자세히 몰랐었다.

자석을 나침반에 대어보니 나침반 바늘이 움직이는 방향대로 움직이고 있었는데, 이 모습을 보니 나침반 바늘이 자석임을 알 수 있었다.

이 실험을 통해 조난을 당했을 때뿐만 아니라, 일상생활에서 나침반을 사용하는 방법과 나침반의 원리를 알 수 있어서 너무 좋았다. 나침반이 없을 경우, 나중에 길을 잃었거나, 어려움이 생겼을 때 이 실험을 통해 알게 된 내용을 기억해서 일상생활에서 이용해보고 싶단 생각이 들었다. 그동안 몰랐던 사실을 알게 되어 좋은 경험이 된 것 같다.

13. 더 알아보고 싶은 점

- 산에 직접 올라가 지도와 나침반을 가지고, 나침반 사용방법을 익혀보고 싶다.

- 바늘 나침반이 아닌 나침반 없이도 방향을 알 수 있는 방법을 사용해 방향을 알 수 있는 지 직접 실험해보고 싶다.

14. 참고자료


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