혹등고래를
닮고 싶은
프로펠러 이야기
융합인재교육(STEAM)
프로그램 초등 5-6
교사용
본 프로그램은 2012년 창의재단의 융합인재교육(STEAM)의 과학 예술 융합형 프로그램의 일환으로
‘생체모방기술을 적용한 산업디자인융합형 창의적 제작활동' 주제에 대한 연구개발과제로 진행된 교과과정입니다.
이 프로그램은 초등학생 5-6학년 용으로 초등학생 3-4학년 '불편한 날씨에 나를 돕는 제품 만들기' 프로그램과 함께 시리즈로 제작되었습니다.
창의융합의 미래 인재를 육성하는 방식으로 예술과 과학을 연결하는 매개체의 역할 로 디자인적 사고가 중요합니다. 2006년 미래 학자 다니엘 핑크는 “새로운 시대가 온다”에서 미래 시대를 지배하는 인재가 갖추어야 할 자질로 디자인, 스토리, 조화, 공 감능력, 재미의 요소, 삶의 의미찾기 라는 6가지를 꼽았습니다. 본 프로그램에서는 새 로운 시대 인재에게 요구되어지는 요소들을 포함하며, 특히 디자인적 사고를 통한 디 자인중심의 STEAM프로그램으로 디자인되었습니다.
1) 과학, 예술 융합 교육에 디자인적 사고를 접목함으로서, 학생들이 일상생활을 직접 디자인할 수 있는 기회를 제공하고, 사용자 중심, 비즈니스 중심, 기술 중심이 잘 조화를 이루는 학습경험들을 확대할 수 있을 것입니다.
2) 일선 과학교사 뿐만 아니라 미술교사, 예술교사들이 STEAM교육을 통한 창의체험 활동에 더 쉽게 참여 할 수 있으며, 참여 활성화를 통한 창의융합교육 실현할 것입 니다.
3) 학생들이 융합프로그램을 통해 과학/예술을 통합적으로 이해하고, 융합적사고와 문제해결력을 배양하여 미래시대가 요구하는 창의적인 인재로 성장에 기여합니다.
프로그램을 소개하다
이 프로그램은 자연으로부터 조형 중심의 영감을 얻는 예술창작을 넘어서, 생물의 우수한 특 성에 숨겨진 과학, 기술의 원리를 이해하고 이를 디자인에 활용함으로써 과학과 디자인을 융 합한 통합프로그램으로 디자인 되었습니다. 학생들은 이미지 카드를 통해 어떻게 자연의 원 리가 제품개발에 응용 되었는지를 확인합니다. 아이디어 개발을 위해 자연을 이용하는 방법 을 배웁니다. 또한 디자인적 프로세스를 적용하여 어떻게 아이디어를 발견하고 적용하는지를 익히고, 사용자 중심의 디자인적 사고를 통해 학생이 스스로 어떻게 문제를 해결해 나가는지 의 능력을 기릅니다.
다양한 교과 교사들이 쉽게 지도할 수 있도록 관련 기술과 디자인에 대한 기본 정보 및 수업 활용 자료들이 상세하게 제공되기에, 어떤 전공이라도 쉽게 가르칠 수 있습니다.
모든 프로그램은 아래 2가지 방식으로 진행이 됩니다. 하나는 기술중심의 방법으로 학생 들이 생물의 특성과 적용된 과학원리와 기술을 익힌 다음에 그 원리가 적용될만한 필요한 삶의 영역을 찾아가는 프로세스입니다 (A 방식) 다른 하나의 방식의 사람들의 필요에서부 터 시작해서 문제점을 찾아내고 그 문제를 해결하는 방법을 찾는 과정 가운데 생체모방형 의 기술을 적용시켜 나가는 것입니다.
“불편한 날씨에 나를 돕는 제품 만들기” 프로그램은 B 방식을 적용하여 학생들이 스스로 문제점을 발견하고 정의한 다음에 다양한기술을 활용해서 문제를 풀고 새로운 대안을 제 시하는 디자인을 합니다.
“혹등고래를 닯고 싶은 프로펠러 이야기” 프로그램은 A 방식으로 흑동고래 지느러미의 원 리 자체를 이해하고, 이후에 이를 가장 효율적으로 활용할 수 있는 삶의 문제를 찾아 내어 해결하는 방식입니다.
“자연을 옮겨 담은 휴대폰 케이스” 프로그램은 관찰을 통해서 사람들의 자연 환경에 숨겨 져 있는 패턴의 원리를 이해합니다. 그리고 이를 미학적인 형식으로 표현해서 일상적인 제 품에 녹여내는 과정을 진행합니다.
수업설계의 원리
A. 생물의 특성과 적용된 과학 원리를 파악하고 제품 디자인하기
B. 문제점, 제품컨셉으로부터 생체모방을 이용하여 제품 디자인하기
가드너가 주장하는 여덟 가지 지능들은 여러 가지 복잡한 방식으로 함께 작용, 지능들은 항상 서로 교류하면서 작용한다.
이 프로그램을 학습하고 나면 가드너가 주장하는 여덟 가지 지능 중에 다음과 같은 지능이 발달할 수 있다.
가드너의 다중이론
프로그램을 학습하고 나면
모둠 토의 및 조작과 체험위주의 수업구성으로 흥미를 높일 수 있는 이 프로그램은 1) 창의적으로 풍차 날개를 만들면서 사고를 열어갈 수 있다.
2) 세 가지 종류의 각각 다른 프로펠러를 제작해 봄으로써 혹등고래 지느러미의 원리를 이해한다.
3) 원리를 응용한 제품을 디자인해봄으로 실생활에 적용되는 제품에 대한 사고를 돕는다.
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신체를 이용해 표현하는 능력 언어의 구조, 의미, 실제활용능력 시각적, 공간적 아이디어 표현 타인의 의도 등을 지각하는 능력
자기 자신을 이해하고, 느낄 수 있는 인지적 능력 주변 사물을 자세히 관찰하는 능력
추리, 일반화, 계산, 가설검증 음악의 리듬, 음색 등에 대한 민감성 신체-운동학적 지능
언어적 지능 공간적 지능 대인관계 지능 자기이해 지능 자연탐구 지능 논리-수학적 지능 음악적 지능
상황제시 - section 1
학생이 문제해결 필요성을 구체적으로 느낄 수 있는
- section 2 학생 스스로 문제해결을 찾아가는
창의적 설계 1
- section 4 학생이 문제를 해결하였다는
성공의 경험
전체 흐름도
- section 3 창의적 설계 2
학생의 일상생활에서 문제를 해결해가는
프로그램 구성도
- 섹션별 내용 정리
- Tip. 확인하기
- 생각 다지기 이렇게 보세요
중요 주제별로 나누어 각 강의 내용을 정리하여 핵심 내용을 쉽게 알아볼 수 있도록 하였다.
활동별 교사가 유념하고 있어야 하는 부분들에 대해서 정리해 참고할 수 있도록 하였다.
각 섹션 학습을 끝낸 후 교사의 질문으로 학생들의 생각을 정리해 줄 수 있도록 하였다.
혹등고래와
친구가 되어볼까요?
혹등고래를 모방한 프로펠러를 제작해볼까?
1. 세 가지 종류의 각각 다른 프로펠러를 제작해 봄으로써 혹등고래의 지느러미와 헤엄치는 원리를 이해해 본다.
2. 바람의 에너지를 이용해 컵을 끌어 올릴 수 있는 프로펠러를 만들 수 있다.
1. 바람의 에너지를 이용해 컵을 끌어 올릴 수 있는 프로펠러를 만들 수 있다.
[혹등고래를 닮고 싶은 프로펠러 이야기]
전체 프로그램 흐름도
창의적 설계_1
학생 스스로 문제해결을 찾아가는
02
상황 제시
학생이 문제해결 필요성을 구체적으로 느낄 수 있는
01
혹등고래 지느러미 특성을 응용한
제품 아이디어를 내자!
혹등고래를 닮은 나만의 제품을 소개해보자.
1. 학생들은 브레인스토밍을 통해 서로의 아이디어를 공유해 본다.
2. 혹등고래 지느러미 특성을 응용한 제품 아이디어를 내고 자신의 생각을 그림으로 표현해 본다.
1. 아이디어 스케치한 나만의 제품을 장점을 부각하여 발표한다.
창의적 설계_2
학생 스스로 문제해결을 찾아가는
성공의 경험
학생이 문제를 해결하였다는
03
04
[혹등고래를 닮고 싶은 프로펠러 이야기]
논리 구성도
교과과정 연계 :
[과학] 초등6-1 (4.생태계와 환경)
생물은 환경에 어떻게 적응하면서 살아갈까요?
[과학] 초등6-2 (3.에너지와 도구)
에너지의 종류가 바뀌는 예를 찾아볼까요?
[실과] 초등6 (6.동물과 함께하는 생활)
생활에 이용할 수 있는 동식물을 알아보기
[미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견) 전체와 부분 관찰하기
조형 요소를 활용하여 표현하기 대상의 특징을 살려 표현하기 [국어] 초등6-1 (6 타당한 근거)
주장하는 말의 타당성을 판단하며 듣기
[수학] 초등5-2 (6. 자료의 표현과 해석)
주어진 자료의 평균을 구하고 그래프로 나타내기
전 체 구성도
S
T
A
M
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[S] [T] [A]
[실과] 초등6 동물과 함께하는 생활
생활에 이용할 수 있는 동식물을 알아보기 [과학] 초등6-1 (4.생태계와 환경)
생물은 환경에 어떻게 적응하면서 살아갈까요?
[미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견) 전체와 부분 관찰하기
section 1
인간 생활 속에서 자연이 주는 이익의 가치를 이해하고, 첨단 생명과학이 우리 생활에서 활용되고 있는 사례를 알아본다.
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[S] [M]
[과학] 초등6-2 (3.에너지와 도구)
에너지의 종류가 바뀌는 예를 찾아볼까요?
[수학] 초등5-2 (6. 자료의 표현과 해석)
주어진 자료의 평균을 구하고 그래프로 나타내기
section 2
실험을 통해 혹등고래 지느러미 형태의 원리를 이해하고, 바람의 에너지를 활용하기 좋은 프로펠러를 제작한다.
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[A]
[미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견) 대상의 특징을 살려 표현하기 [미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견)
조형 요소를 활용하여 표현하기
section 3
체계적인 발상을 통해 주제를 발전시키고, 다양한 자료를 탐색하여
표현 의도와 아이디어를 표현한다.
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[A]
[국어] 초등6-1 (6 타당한 근거)
주장하는 말의 타당성을 판단하며 듣기
section 4
자신의 의견을 체계적으로 정리하여 발표한다
다른 사람의 의견을 들을 때는 타당성을 판단하며 들어본다.
[혹등고래를 닮고 싶은 프로펠러 이야기]
CONTENTS
section 1
section 2
16
22
혹등고래와
친구가 되어볼까요?
1-1 생체모방이란 1-2 생체모방 사례 1-3 혹등고래 알기
1-4 혹등고래를 모방한 제품 사례
2-1 풍차만들기 2-2 풍차 실험하기 2-3 풍차 날개 디자인하기 2-4 토너먼트 대회
혹등고래를 모방한 프로펠러를 제작해볼까?
고래는 바다에서 뿐만 아니라 지구상에서 가장 큰 동물입니다.
여러분도 고래처럼 큰 꿈과 생각을 가지세요
고래는 그 크기만큼 힘도 아주 세답니다.
지상에서 가장 힘이 센, 코끼리 8마리와 맞먹는 힘을
가지고 있다고 하니 정말 놀랍지 않나요?
48 40 Information
학생용 활동지
section 4
36
4-1 발표내용 정리 4-2 체크리스트 확인 4-3 나만의 제품 소개하기 4-4 친구들과 함께 평가하기
혹등고래를 닮은
나만의 제품을 소개해보자.
section 3
30
3-1 혹등고래 특성 정리 3-2 브레인스토밍 진행 3-3 제품컨셉 설정 3-4 아이디어 스케치
혹등고래 지느러미 특성을 응용한
제품 아이디어를 내자!
고래는 여행을 좋아해
전체 생애의 3/1을 이동하는데 쓴다고 합니다.
해일같은 파도를 일으키며 5대양을 누비는 고래 멋있지 않나요?
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[S] [T] [A]
[실과] 초등6 동물과 함께하는 생활
생활에 이용할 수 있는 동식물을 알아보기 [과학] 초등6-1 (4.생태계와 환경)
생물은 환경에 어떻게 적응하면서 살아갈까요?
[미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견) 전체와 부분 관찰하기
인간 생활 속에서 자연이 주는 이익의 가치를 이해하고,
첨단 생명과학이 우리 생활에서 활용되고 있는 사례를 알아본다.
section 1 혹등고래와 친구가 되어볼까요?
[학습목표]
1. 생체 모방 공학을 이해하고, 혹등 고래의 특성에 대해 알게 된다.
[준비물]
동영상
수업형태: 토론, 강의 소요시간: 총 40분 (1차시)
생체모방이란(10분) 혹등고래 알기(20분)
생체모방 사례(5분) 혹등고래를
모방한 제품 사례(5분) 1-1
1-2
1-3
1-4
자연으로부터 아이디어를 얻어 와서 사용하고 있는 것들이 많이 있다.
자연에 대한 모방은 우리에게 많은 이익을 주고 있다.
우리가 자연에게서 배우면 지금까지 해결하지 못했던 것들, 비효율적이고 환경 파괴적으로 해결했던 것들을 해결할 수 있다.
생각 열기
생각 더하기
이런 문제 상황으로 시작해서 자연으로부터 영감을 얻는다.
벨크로 테이프의 개발자인 조르주 드 메스트랄은 사냥을 다녀온 후에 밤송이 같은 가시 껍질이 자신의 바지와 개의 털에 달라붙어 있는 것을 보고 아이디어를 가져와 8년간의 실험과 연구 끝에
특허를 받고 상품화에 성공하였다.
- 잘 드러붙는 도꼬마리 씨를 모방한 '찍찍이'라 불리는 벨크로 테이프 - 수직의 벽을 잘 기어오르는 도마뱀의 발을 모방한 '스티키봇'
- 상어 피부를 모방해 물의 저항력을 최소화한 수영복 자연을 모방하는 생체 모방 공학(Biomimetics)
생체(Bio)와 모방(mimetics)이란 단어의 합성어이다.
어원에서 알 수 있듯 생체 모방 공학은 자연을 관찰하여 모방하는 것이다.
1-1. 생체 모방 이란
1-2. 생체 모방 사례
‘찍찍이’가 발명된 문제 상황은 무엇이 있을까?
- 신발끈을 묶었다 풀었다 하는 것이 귀찮다.
벨크로를 발명한 사람은 어디에서 영감을 얻었을까?
19
고래에 대한 설명 없이 학생들이 스스로 생각할 수 있게, 혹등 고래가 헤엄 치는 모습이 담긴 이미지 또는 동영상을 감상한다.
[참고 사이트] http://www.youtube.com
검색창에 humpback whale swims under kayak(54초) 또는 humpback whale calf(2:06초)
활동 하기
1-3. 혹등고래 알기
[ Tip ]
1. 혹등고래 서식지의 특성에 대해서 생각하고, 서식지에서 살기 위해서 어떤 특성을 가지면 좋을지 생각하게 한다.
2. 교사의 설명보다 원리를 학생들의 사고과정에서 끌어내도록 한다.
1. 모둠을 구성하게 한다.
2. 모둠별로 혹등고래에 대해서 자유롭게 이야기 하게 한다.
3. 사는 환경의 특성, 사는 환경에 맞는 대처 방향에 대해서 집중적으로 이야기 하게 한다.
교사 가이드
혹등 고래의 특성
혹등 고래는 큰 몸집과 달리 전속력으로 헤엄치다가 순식간에 180도 방향을 돌리 수도 있다.
혹등 고래의 비밀 무기는 앞지느러미에 있다.
혹등 고래의 지느러미는 매끄럽지 않고 울퉁불퉁하다.
이런 돌기들이 물속에서 저항을 감소시켜 물속에서 자유롭게 헤엄칠 수 있다.
몸길이 : 11~16m 몸무게 : 30~40t 수명 최대 : 60년
호흡 수 : 1시간에 10~20회
서식 지역 : 태평양, 대서양에 분포
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생각
다듬기 혹등고래의 지느러미 원리를 이용한 생체 모방 기술에 대해 알아보면 다음과 같은 사례가 있음을 알려준다.
풍력 터빈 웨일파워 풍력 발전기의 날개를
혹등 고래의 지느러미처럼 돌기를 가지게 만들어
바람에 날을 돌게 한다.
발명의 대부분은 문제를 인식하고 그 해결법을 고민하는 가운데 시작된다.
이렇게 자연을 모방한 제품들은 자연의 구조에서 영감을 얻은 것도 있고 기능에서 영감을 얻은 것도 있다.
1-4. 혹등고래를 모방한 제품 사례
혹등고래는 큰 몸집을 이용해 빨리 움직인다.
전속력으로 헤엄치다 순식간에 180도 방향을 돌리는데, 이것은 '앞지느러미의 돌기'에서 답을 찾을 수 있다.
비행기 날개에서도 유사한 것을 찾아볼 수 있는데, 항공기 날개에 한 줄로 솟아 있는 아주 작은 판이 있다.
물속이나 하늘의 공기나 원리는 같지 않을까?
비행기 날개
비행기 날개 표면에 돌기를 만들어 양력을 증가시킨다.
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[S] [M]
[과학] 초등6-2 (3.에너지와 도구)
에너지의 종류가 바뀌는 예를 찾아볼까요?
[수학] 초등5-2 (6. 자료의 표현과 해석)
주어진 자료의 평균을 구하고 그래프로 나타내기 실험을 통해 혹등고래 지느러미 형태의 원리를 이해하고,
바람의 에너지를 활용하기 좋은 프로펠러를 제작한다.
section 2 혹등고래를 모방한 프로펠러를 제작해볼까?
[학습목표]
1. 세 가지 종류의 각각 다른 프로펠러를 제작해 봄으로 흑동고래의 지느러미 형태 원리를 이해한다.
2. 실험을 통해 바람의 에너지를 활용하기 좋은 프로펠러를 만들 수 있다.
[준비물]
활동지 1-1, 1-2, 돌아라풍차야 키트, 가위, 풀, 작은선풍기 등 수업형태: 토론, 제작, 실험, 발표 소요시간: 총 80분 (2차시)
풍차만들기(15분) 풍차 날개 디자인하기(30분)
풍차 실험하기(20분) 토너먼트 대회(15분) 2-1
2-2
2-3
2-4
풍차만들기 키트를 이용하여 풍차를 만들어 본다.
활동 하기
바람의 에너지를 이용하여 컵을 끌어 올릴 수 있는 풍력발전기를 만들어 보기로 한다.
생각 열기
사이언스존 돌아라풍차야 키트
2-1. 풍차만들기
[ 준비물 ] 돌아라 풍차야 키트, 가위, 풀, 작은선풍기 등
[ Tip ]
1. 교사와 학생들의 시간 절약 및 편의성을 위해 기존에 판매하는 풍차키트를 사용한다.
2. 풍차 날개를 디자인하는데 최종 목적이 있으므로, 기둥과 날개의 회전축을 튼튼하게 만든다.
1. 5~6명 모둠을 구성하게 한다.
2. 개별로 풍차만들기 키트를 제공한다.
3. 교사의 도움으로 튼튼한 풍차를 만들게 한다.
4. 풍차가 완성되면 모둠별로 작은 선풍기를 이용하여 풍차가 잘 돌아가는지 확인하게 한다.
(이때, 종이컵이 잘 감기는지로 확인할 수 있다.) 5. 문제점이 발생하면 수정하여 다시 제작하게 한다.
교사 가이드
25 [제작 방법]
1. 기둥으로 사용할 빨대를 세울 수 있게 받침 고정대를 연결한다.
2. 회전축을 연결할 수 있도록 축고정대를 빨대에 연결한다.
3. 날개를 회전축에 붙이기 위한 날개 고정대를 나무꼬챙이에 연결한다.
4. 회전축을 기둥에 연결하고 회전축이 빠지지 않도록 스티로폼 볼을 끼워준다.
5. 완성된 기둥을 종이컵을 뒤집은 다음 바닥에 붙여준다.
6. 종이날개를 가위로 오린 다음 회전축에 붙여준다.
7. 바람에 의해 날개가 회전하는지 확인한다.
8. 회전력을 비교하기 위해 1m길이의 실을 회전축 뒷부분에 묶어주고, 무게추(클립)을 연결한다.
- 빨대를 우드보드 기둥에 붙일 때,
한쪽으로는 빨대가 기둥보다 많이 튀어나오게 다른 한쪽은 기둥 선과 같이 배치 해준다.
- 빨대가 우드보드 기둥에서 많이 튀어나와 있는 부 분에 바람개비의 돌아가는 부분을 끼워준다.
- 그래도 돌다가 날개도안이 걸리면 우드보드를 걸 리지 않게 잘라내 준다.
- 날개도안과 나무막대를 연결할 때는 중앙에 침핀 을 꽂고 날개 중앙의 양면에 셀로판 테이프로 붙이고 침핀과 나무막대를 셀로판 테이프로 감아준다.
- 실과 나무막대에 묶은 후 실이 잘 감아질 수 있게 앞뒤로 고무찰흙을 붙여 준다.
[제작 과정 Tip]
풍차가 완성되었다면, 풍차 날개 모서리를 만들어 본다.
- 날개 도안을 다양한 모양 가위로 잘라서 모서리 형태가 다른 풍차 날개 를 만든다. 모둠원들이 각자 다른 모양의 모서리 형태가 되도록 한다.
2-2. 풍차 실험하기
1. 풍차 날개를 모양 가위로 자르게 한다.
2. 모둠안에서 날개 모서리 형태가 지그재그 선, 둥근모양 선 등의 다양한 형태가 나오게 한다.
3. 다른 모양의 풍차 날개를 일정한 거리에 놓게 한다.
4. 모둠별로 다른 날개 모양의 종이컵이 회전축까지 올라오는 시간을 측정하게 한다.
5. 10번 정도 반복하여 시간을 적게 한다.
6. 합산하여 평균값을 구하게 한다.
7. 평균값을 보고 막대그래프를 그리게 한다.
8. 막대 그래프를 비교하여 어느 형태의 날개 모양이 빠르게 돌아가는지 확인하게 한다.
교사 가이드
뾰족한 모서리
직선 모서리 둥근 모서리
활동 하기
27
실험 하기
3.5초 3.6초 4.5초 3.7초 3.3초 3.5초 3.6초 4.2초 3.7초 3.3초 4.1초
2.6초 1.5초 2.2초 2.7초 2.6초 1.5초 2.2초 2.7초 2.6초 2.7초 2.6초
2.1초 2.3초 2 초 1.8초 1.9초 2.2초 1.9초 2 초 1.8초 1.9초 2.1초
다른 모양의 풍차 날개를 일정한 거리에서 작은 선풍기를 이용하여 같은 크기의 바람을 맞았을 때 어느 것이 더 빨리 종이컵을 감아올리는지 비교 한다. 종이컵이 회전축까지 올라오는 시간을 10번 기록하여 평균값을 구 한다.
구한 평균값을 막대그래프로 나타내어 비교한다.
그려진 막대 그래프를 비교해 보면, 혹등고래 지느러미 형태를 모방한 둥 근 모서리 날개 형태가 빠르게 움직인 것을 확인할 수 있다.
[ 준비물 ] 풍차, 작은 선풍기, 다양한 모양 가위,스톱워치, 활동지 2-1, 2-2
[ Tip ]
1. 가위질이 서툴러 힘들 수 있으니, 다양한 모양 가위를 이용해도 좋다.
2. 모둠안에서 역할을 나눠야 한다.
3. 선풍기앞에서 정확한 거리에 풍차를 두게 한다.
4. 풍차가 바람에 날라가지 않게 고정시켜줘야 한다.
혹등고래 지느러미 형태의 우수성을 알았다면 이제 풍차 날개를 창의적으 로 만들어 보게 한다. 이때 제한점은 다음과 같고, 그 외에는 자유롭게 디 자인할 수 있다.
a. 선풍기와 풍차와의 거리 b. 바람의 세기
c. 실은 컵이 땅에 닿을 정도로 길어야 한다.
d. 풍차 날개를 제외하고는 같은 풍차를 사용해야 한다.
그 외에 풍차 날개의 재료, 풍차 날개의 모양, 풍차 날개의 크기, 풍차 날개 의 갯수 등은 자유롭게 디자인하게 한다.
2-3. 풍차 날개 디자인하기 생각
열기
[ 준비물 ] 다양한 두께 종이, 우드락 등 날개 만들기 재료, 다양한 모양 가위 등
1. 우수한 혹등고래 지느러미의 형태에 대해서 계속 인지시켜줘야 한다.
제작 하기
29
풍차의 날개 제작이 완료 되면 풍차 대회를 실시한다. 토너먼트전으로 모 둠별 예선을 거친 뒤, 모둠 대표전으로 경기를 진행한다.
작은 선풍기를 이용하여 ‘바람’을 대신하기로 한다.
작은 선풍기를 이용해 바람을 불어 주고, 그 앞에 제작한 풍차를 세워 대회 를 진행한다. 먼저 종이컵이 감겨 올라가면 성공이다.
우승한 학생의 풍차 날개를 잘 관찰하여 어떤 점에서 우수한 것 같은지 학 생들과 함께 이야기 나누고 정리한다.
2-4. 토너먼트 대회
[ 준비물 ] 다양한 두께 종이, 우드락 등 날개 만들기 재료, 다양한 모양 가위 등
1. 경쟁 구도가 아닌 풍차 날개 디자인에 대해 집중할 수 있게 한다.
생각 다듬기
1. 모둠에서 예선전을 진행하게 한다.
2. 모둠에서 이긴 한 명이 대표로 출전하여 다른 모둠 대표 학생과 대회를 진행한다.
3. 최종 우승자를 가려내게 한다.
4. 최종 우승자의 풍차 날개 형태를 학생들과 함께 이야기해 본다.
교사 가이드
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[A]
[미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견) 대상의 특징을 살려 표현하기 [미술] 초등 5~6 (4.관찰과 발견)
조형 요소를 활용하여 표현하기 체계적인 발상을 통해 주제를 발전시키고,
다양한 자료를 탐색하여 표현 의도와 아이디어를 표현한다.
section 3 혹등고래 지느러미 특성을 응용한 제품 아이디어를 내자!
[학습목표]
1. 학생들은 브레인스토밍을 통해 서로의 아이디어를 공유해 본다.
2. 혹등고래 지느러미 특성을 응용한 제품 아이디어를 내고 자신의 생각을 그림으로 표현해 본다.
[준비물]
교사: 활동지 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 연필, 색연필, 싸인펜 등 수업형태: 토론, 제작, 발표 소요시간: 총 80분 (2차시)
혹등고래
특성 정리 (15분)
제품컨셉 설정 (15분)
브레인스토밍 진행(20분) 아이디어 스케치(30분) 3-1
3-2
3-3
3-4
혹등고래 지느러미의 특성에 대해 알게되었다면, 이제 그 특성을 활용한 제품을 디자인해보기로 한다.
혹등고래가 생활하는 곳, 혹등고래가 자주 하는 행동들 그리고 혹등고래의 특성이 주는 장점에 대해서 생각해보고 그러한 점들을 이용해 제품 주제 를 잡기 위한 아이디어를 내보기로 한다.
혹등고래에 대해 알게 된 점들을 [활동지 3-1]에 정리해보자.
생각 열기
[체크리스트]
1. 혹등고래는 어디에 살고 있나요?
2. 혹등고래는 어떤 특성을 가지고 있나요?
3. 혹등고래는 어떤 장점이 있나요?
4. 혹등고래는 물에 살고 있어요,
우리 일상에서 물과 연결된 제품들이 무엇이 있을까요?
5. 바람을 이용해서 풍차 실험을 해보았는데요, 바람과 연결된 제품들은 무엇이 있을까요?
[ 준비물 ] 활동지 3-1
1. 학생들이 자주 사용하는 가까운 제품들을 위주로 생각하게 한다.
3-1 . 혹등고래 특성 정리
33
모둠별로 브레인스토밍을 통해 일상생활에 사용될 수 있는 제품에 대해 새 로운 아이디어를 내보게 한다.
브레인스토밍이란?
여러 사람이 모여 어느 한 문제에 대한 아이디어를 공동으로 내어놓는 회의 방식으로써 집단 사고 방식이다.
[브레인스토밍 4원칙]
- 다른 친구의 의견에 대하여 절대 비판하지 않는다.
- 자유로운 아이디어가 창의적인 아이디어이다.
- 아이디어의 수는 많을수록 좋다. 질보다 양이다.
- 아이디어를 기록하고 결합하고 개선하면 된다.
[ 준비물 ] 활동지 3-2
[ Tip ]
학생들 서로가 서로의 생각을 존중하고 다양하고 창의적인 아이디어가 나올 수 있도록 한다.
활동 열기
1. 모둠을 구성하게 한다.
2. 모둠별로 혹등고래가 되어서 어떠한 활동을 할 수 있는지 토의 하게 한다.
3. 브레인스토밍의 주제 및 규칙을 명확하게 인식시켜준다.
4. 개별 생각할 시간을 3분 정도 준다.
5.모둠에서 진행 및 서기를 맡은 학생이 첫 번째 키워드 질문을 던져주고 10분간 진행하게 한다.
6. 연상되는 단어들을 자유롭게 얘기하고, [활동지 3-2]에 작성 하게 한다.
교사 가이드 3-2. 브레인스토밍 진행
브레인스토밍을 통해 재미있는 키워드들이 많이 뽑혔다면 키워드들을 묶 어보기로 한다. 제품 만들기 컨셉을 정하기 위한 메인 주제를 잡아본다.
일상생활에 접목할 만한 제품에 대한 새로운 아이디어가 나올 수 있는지 알아보기로 한다.
제품의 컨셉이 정해졌다면 어떤 사람에게 어울릴 만한 제품인지 생각해본 다. 왜 어울린다고 생각했는지 그 사람에게 어울릴 만한 제품의 기능은 어 떤지 형태 디자인을 어떻게 표현하면 보기에도 좋고 사용하기 편한 제품 이 될 수 있을지 고민해본다.
1. OO 제품은 누구에게 필요할까?
2. 왜 그렇다고 생각하나요?
3. 기존에 이런 제품이 있나요?
4. 기존 제품과 차별화 되었다면 어떤 부분인가요?
5. 사용하기도 좋고, 보기에도 좋으면 좋겠는데 어떻게 디자인하면 좋을까요?
1. 브레인스토밍에서 나온 키워드들을 정리하여 하나의 제품 주제를 잡게 한다.
2. 기존 제품에서 새로운 아이디어가 추가될 수 있게 한다.
3. 활동지 3-1을 확인하게 하여 혹등고래의 특성을 인지하게 한다.
교사 가이드 3-3 . 제품컨셉 설정 생각
더하기
[ 준비물 ] 활동지 3-1
1. 컨셉을 정할 때는 기존 제품의 아이디어에서 실현 가능한 아이디어가 나오게 주의한다.
35
만들기에 대한
다양한 컨셉을 정하자.
간단하게 많은 양의
아이디어스케치를 진행해보자.
제작 하기
3-4. 아이디어 스케치
[ 준비물 ] 활동지 3-3
컨셉을 생각하면서 많은 양의 아이디어 스케치를 개별로 진행해 본다.
이제 모둠 구성원들끼리 토의해서 하나의 아이디어스케치를 가지고 발전 시켜보기로 한다.
우리 모둠의 컨셉을 가장 잘 표현할 수 있고, 기능적인 면이 잘 나타나는지 체크하여야 한다.
STEAM 요소 : 교과과정 연계:
[A]
[국어] 초등6-1 (6 타당한 근거)
주장하는 말의 타당성을 판단하며 듣기 자신의 의견을 체계적으로 정리하여 발표한다.
다른 사람의 의견을 들을 때는 타당성을 판단하며 들어본다.
section 4 혹등고래를 닮은 나만의 제품을 소개해보자.
[학습목표]
1. 아이디어 스케치 한 나만의 제품의 장점을 부각하여 발표한다.
[준비물]
교사: 활동지 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 연필, 색연필, 싸인펜 등 수업형태: 토론, 제작, 발표 소요시간: 총 40분 (1차시)
발표내용 정리 (10분)
나만의 제품 소개하기 (15분)
체크리스트 확인 (5분)
친구들과 함께 평가하기(10분) 4-1
4-2
4-3
4-4
제품을 효과적으로 말할 수 있는 방법을 이해하고 발표할 내용을 정리 한 다.
혹등고래를 닮은 나만의 제품을 세상에 소개해볼까요?
정리된 발표내용을 체크리스트를 보면서 수정 및 보완한다.
[체크리스트]
1. 이 발표를 듣는 사람은 누구인가요? 듣는 사람을 고려하고 궁금해 할 점을 꼭 말합니다.
2. 우리 모둠이 제품을 만들기 위해 준비한 과정을 잘 설명할 수 있나요?
아이디어가 나온 과정도 참 중요합니다.
3. 우리 모둠이 만든 제품 이름과 특징은 무엇인가요?
4. 발표내용이 처음 듣는 사람도 잘 이해할 수 있을만한가요?
5. 발표 순서를 정하고 발표를 충분히 연습했나요?
6. 정해진 시간안에 전부 다 발표할 수 있나요?
7. 다른 모둠이 발표할 때 새롭게 알게 된 것은 무엇인가요?
생각 열기
생각 더하기
4-1 . 발표내용 정리
4-2. 체크리스트 확인
39
체크리스트를 보면서 수정 및 보완된 발표내용을 가지고, 모둠별로 대표 학생이 나와서 우리 모둠의 제품을 소개해본다.
함께 발표한 친구들이 어떤 점을 잘했는지 [활동지 4-2]에 평가해보고, 함 께 이야기 나눠본다.
4-3. 나만의 제품 소개하기
4-4. 친구들과 함께 평가하기 생각
다듬기 활동 하기
혹등고래를
닮고 싶은
프로펠러 이야기
융합인재교육(STEAM)
프로그램 초등 5-6
학생용
41
활동지 2-1 혹등고래 지느러미의 원리는 과연 무엇일까요?
세 가지 종류의 풍차 날개의 시간을 측정해 기록해 봄으로써 자연스럽게 혹등고래 지느러미의 이점과 원리를 학습한다.
모둠별로 역할을 분담하여 시간을 측정하고 기록까지 해보세요.
1. 세 가지 종류의 각각 다른 풍차 날개의 시간을 초단위로 기록해보세요.
시도 횟수
시간 (초)
직선 모서리 뾰족한 모서리 둥근 모서리 1
2 3 3 4 5 6 7 8 9 10
활동지 2-2
1. 초단위로 기록한 결과를 평균값을 내어 막대그래프로 그려 나타내보세요.
1초 2초 3초 4초 5초 6초 7초 8초 9초 10초
직선 모서리 뾰족한 모서리 둥근 모서리
혹등고래 지느러미의 원리는 과연 무엇일까요?
세 가지 종류의 풍차 날개의 시간을 측정해 기록해 봄으로써 자연스럽게 혹등고래 지느러미의 이점과 원리를 학습한다.
모둠별로 역할을 분담하여 시간을 측정하고 기록까지 해보세요.
43
혹등고래 지느러미의 특성을 가지고 제품을 개발해볼까요?
혹등고래 지느러미의 특성을 정리해 본다.
혹등고래를 생각하면서 아래 체크리스트를 작성해보세요.
[체크리스트]
1. 혹등고래는 어디에 살고 있나요?
2. 혹등고래는 어떤 특성을 가지고 있나요?
3. 혹등고래는 어떤 장점이 있나요?
4. 혹등고래는 물에 살고 있어요,
우리 일상에서 물과 연결된 제품들이 무엇이 있을까요?
6. 바람을 이용해서 풍차 실험을 해보았는데요, 바람과 연결된 제품들은 무엇이 있을까요?
활동지 3-1
혹등고래 지느러미의 특성을 가지고 제품을 개발해볼까요?
혹등고래 지느러미의 특성을 이해하고 제품과 연관지어 생각해 본다.
1. 혹등고래 지느러미를 생각할 때 떠오르는 것을 자유롭게 적어보세요.
2. 어떤 기능, 모양, 원리들이 발견되나요?
제품 아이디어로 발전시킬 수 있는 단어나 이미지를 연결시켜 정리해보세요.
활동지 3-2
45
혹등고래 지느러미의 특성을 가지고 제품을 개발해볼까요?
정리된 컨셉을 아이디어 스케치를 통해 구체적으로 표현해 본다.
1. 컨셉의 특성을 적고, 아이디어 스케치를 해보세요.
2. 상, 하, 좌, 우 여러가지 모습을 그려보고 어떤 특성이 효과적으로 적용될 지 스케치 위에 적어보세요.
활동지 3-3
혹등고래를 닮은 나만의 제품을 친구들에게 소개해볼까요?
제품을 효과적으로 말할 수 있는 방법을 이해하고 발표한다.
1. 효과적으로 발표를 잘하기 위해서 알아야 할 내용을 체크해보세요.
활동지 4-1
47
서로 평가해 봅시다.
모둠별로 발표한 내용을 평가하고 함께 이해해 본다.
1. 친구의 발표를 듣고 어떤 점을 잘했는지 평가하고 이야기 해보세요.
활동지 4-2
[Information]
49 우리 주변의 살아있는 생물체들은 수백만 년에 걸쳐 자신의 생존에 가장
유리한 모습으로 진화하여 왔다. 그렇기 때문에 무한한 자연의 잠재력을 우리 생활에 적용시킬 수 있다면 우리는 보다 더 안전하고, 편안한 생활을 할 수 있게 된다. 생체 모방 기술(Biomimetics)은 자연 생물체들의 모습에 서 비롯한 창의적인 소재를 탐구하고 활용하는 분야로, 무궁무진한 발전가 능성과 광범위한 영역까지 뻗어 나갈 수 있는 공학이다.
재닌 M. 베니어스가 시사하는 바에 따르면, 우리가 생체 모방적인 미래로 가기 위해서는 다음과 같은 네 가지 준비가 필요하다.
고요히 있기: 자연 속에 파묻히기 토마스 베리의 말을 빌자면 자연과의 관 계에서 우리는 수 세기 동안 자폐적이었다. 즉, 우리식 지식에만 빠져 자연 의 지혜를 돌아보고 그를 받아들일 겨를이 없었다는 것이다. 그렇기 때문 에 우리는 우리 조상들이 했었던 것처럼 자연 속에 파묻힐 필요성이 있다.
자연 속에 파묻힌다는 말이 의미하는 바는 책이나 인터넷 같은 것에서 배 우는 것에서 벗어나 실제 자연 속으로 들어와 자연에 매료되어 보고, 작은 체험들을 통해 자연과 가까워진다는 것이다. 그러기 위해서는 우리는 자연 보다 더 나은 존재도, 더 못한 존재도 아닌 다른 생명과 동등한 위치에서 자 연을 바라볼 수 있어야 한다.
경청: 우리 행성의 동식물과의 인터뷰 여기서 인터뷰의 의미는 지구상의 종들을 명명하고, 그 명명된 종들의 재능, 생존비결, 역할 등에 대해서 가능 한 자세히 아는 것을 말한다. 물론 이 일은 과학자들이 할 수 있는 일이다.
하지만 종들의 수가 무척 많기 때문에 우리 모두가 지구상의 동식물을 인 터뷰할 필요가 있다. 이러한 이유로 재닌 M. 베니어스는 모든 연령들의 성 인들이 이 일에 약 2년간 봉사할 수 있도록 '생물학적 평화봉사단'을 만들기 를 제안하고, 이들에게 분류에 대한 필요한 지식을 가르칠 전문 인력의 양 성을 요구하였다.
생체모방기술(Biomimetics)
생체모방의 미래
[혹등고래]
몸길이 11∼16m, 몸무게 30∼40t이다. 수명은 최대 60년 정도 이 다. 전체적으로 통통한 몸에 가슴지느러미가 대단히 길어 몸길이의 3분의 1에 해당한다. 등지느러미는 낮고 등과 접촉부위가 넓다. 몸 색은 등이 검거나 흑회색이고 배는 흰색을 띠고 있지만 검은색과 흰 색의 경계가 대단히 변화가 많다. 가슴지느러미의 배면은 희다. 호흡 의 수는 1시간에 10∼20회이다. 주로 크릴새우(남극새우)와 작은 물 고기를 먹는다. 주로 태평양·대서양에 분포한다.
[혹등고래의 지느러미]
혹등고래는 큰 몸집과 달리 먹이를 쫓을 때는 엄청난 민첩성을 보인 다. 심지어 전속력으로 헤엄치다가도 순식간에 180도 방향을 돌리 수도 있다. 미국 웨스트 체스터 대학의 프랭크피셔교수는 미국 물리 학회가 발행하는 ‘유체역물리학’5월호에서 혹등고래의 비밀 무기는 앞 지느러미에 있다고 주장 했다.
공기의 저항을 덜 받으려면 표면이 매끄러워야 된다고 생각하는 것 이 일반적이지만, 혹등고래의 지느러미에는 요철 모양의 돌기가 나 있다. 이 모양이 급 선회할 때 힘을 더해주는 역할을 한다고 한다.
지느러미의 작은 혹들이 유체의 흐름을 깨트려 돌기 사이 안에 유체 가 밀려들어가게 된다. 이것이 지느러미 표면에 소용돌이를 생성하 여 양력을 증가시키고, 실속에 저항하도록 하게 만든다.
혹등고래에 대해서 알아보자.
51
고래의 지느러미 돌기, 순식간에 수면위로 떠오르게하는 힘 발생 상어 톱니모양 비늘, 몸주변 소용돌이 밀쳐내 마찰저항 8% 줄여
▲ 물 위로 솟구쳐 오르는 혹등고래. 앞지느러미에 나 있는 돌기는 물의 저항을 줄이고 뜨는 힘을 증가시켜 180도 회전 등 큰 몸집에 어 울리지 않는 민첩함을 제공한다. 비행기에도 같은 원리를 이용한 돌 기가 날개에 나 있다.
1. 고래 지느러미 닮은 비행기 날개
항공기 날개 표면을 보면 직사각형 모양의 아주 작은 판이 일렬로 솟아 있 는 것을 볼 수 있다. 과학자들은 이것을 소용돌이 발생기라고 부른다. 비행 기 날개는 위로 볼록한 모양을 갖고 있는데 이 때문에 아랫면보다 공기가 [혹등고래의 지느러미 원리를 이용한 생체 모방 기술]
더 빨리 흐르게 된다 그결과 윗면의 압력이 감소해 위로 떠오르는 힘, 양력 이 발생한다.
그런데 날개가 미끈할 경우 윗면으로 흐르는 공기가 날개 끝까지 흐르지 못하고 도중에 흩어져 보린다. 이렇게 되면 양력이 감소하게 돼 비행기는 더 많은 연료를 소비할 수밖에 없다. 이것을 막기 위한 것이 바로 소용돌이 발생기다.
날개표면에 공기의 흐름을 막는 구조물이 있으면 그 뒤로 소용돌이가 발생 한다. 이 소용돌이는 날개 표면을 따라 흐르는 공기가 일찍 흩어져버리는 것을 지연시킨다. 그래서 공기저항도 감소하고 양력도 증가하게 된다. 공 기가 물로 바뀐 것이 다를 뿐, 고래의 지느러미에 있는 돌기는 바로 소용돌 이 발생기와 같은 역할을 한다는 것이 피셔 교수의 연구결과다.
2. 고래에게 배운 첨단 헬기 기술
독일 과학자들이 최근 혹등고래의 지느러미에서 하늘을 잘 날 수 있는 비 법을 배워 헬기 제작에 응용했다. 혹등고래 지느러미에 나 있는 돌기를 헬 리콥터의 회전날개에 적용해 비행의 안전성을 획기적으로 높인 것이다.
혹등고래의 지느러미는 비행기 날개처럼 단면이 위로 볼록한 모양이다. 이 때문에 아랫면보다 위쪽으로 물이 더 빨리 흐르고, 위쪽의 압력이 아래쪽 보다 낮아진다. 결국 지느러미에는 위로 떠오르는 힘인 양력이 발생한다.
지느러미의 돌기도 중요한 역할을 한다. 지느러미가 미끈할 경우 물이 윗 면을 지나 끝까지 흐르지 못하고 도중에 흩어져 버린다. 이렇게 되면 양력 이 감소한다.
최근 물리학자들은 혹등고래의 지느러미 돌기가 일종의 소용돌이를 발생 시켜 지느러미 표면을 따라 흐르는 물이 일찍 흩어져버리는 것을 지연시킨 다는 사실을 확인했다.
독일 항공우주센터(DLR) 연구진은 이 사실을 활용해 헬리콥터 성능 개선 에 나섰다. 연구진은 헬기의 회전날개 끝에 혹등고래처럼 지름 6㎜의 고무 돌기 186개를 달았다.
헬리콥터가 날아가는 쪽으로 회전하는 날개는 앞에서 불어오는 공기 덕분 에 양력을 더 많이 받는다. 이 때문에 뒤쪽으로 돌아가는 날개보다 속도가 더 빨라진다. 속도 차이는 헬리콥터의 안정성을 해친다. 심할 경우 양력을
53 잃고 추락할 수도 있다.
독일 연구진은 헬리콥터 회전날개에 돌기를 달아 양력을 더 많이 받도 록 했다. 그러자 실험에서 조종사가 차이를 확실하게 느낄 정도로 헬리콥 터의 안정성이 높아지는 것으로 나타났다. 연구진은 이 기술에 대한 특허 Leading-Edge Vortex Generators (LEVoGs)로 출원했으며, 앞으로 헬리 콥터 회전날개의 표준 기술로 발전시킬 계획이다 (조선일보 2012.2.6)
3. 풍력 터빈 웨일파워
웨일파워는 고래의 지느러미로부터 아이디어를 낸 새로운 디자인의 풍력 터빈이다. 웨일파워의 연구자들은 고래의 지느러미에 나있는 요철 형태의 돌기인 결절에 대한 공기역학적 연구를 통해 이러한 신체 기관이 양력의 손실과 항력이 결합된 감속 현상을 방지하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 발견하였다. 비행의 경우 감속은 고도의 저하를 가져오는 심각한 문 제요소로 작용하는 데 이로 인해 웨일파워가 개발 될 수 있었다. 그 후 웨일 파워를 개발한 회사측은 이러한 아이디어를 풍력 터빈에 적용하는 테스트 를 실시하였다. 그 결과, 제품의 성능이 시속 17마일로 두 배 정도 향상되 었으며, 항력을 절감시키는 보다 효율적인 터빈을 생산할 수 있게 되었다.
생체모방기술로 날개의 디자인을 바꿈으로써 약한 바람에도 작동하고 소 음이 적은 풍력발전기 날개를 만들었다. 기존의 날개보다 40%나 더 높은 효율을 가지고 있다.
풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치이다.
풍력발전기의 날개는 바람의 직진 운동을 회전력으로 바꿔주는 기능을 한 다. 선풍기의 원리를 역으로 생각하면, 날개의 두께ㆍ길이를 늘리거나 날 개의 수를 늘려 바람이 닿는 전체 면적을 증가시키면 더 큰 회전력을 얻을 수 있지 않을까 기대할 수 있다.
풍력발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산 한다. 풍력발전기는 날개, 변속장치, 발전기로 구성되어 있다.
그러나, 면적이 늘어나 더 많은 양의 바람을 받을 수 있는 반면에, 날개에 부딪힌 바람이 날개 뒤로 원활하게 흘러 빠져 나가지 못하고 와류를 일으 켜 회전을 방해할 가능성도 높다.
따라서 날개의 크기나 개수는 기후조건이나 전력요구량 등 여러가지 변수 가 균형을 이루는 최적치로 설계되고 날개의 각도를 조절하여 바람의 세기 에 대응할 수 있도록 제작되고 있다.
원리와 시스템 구성 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유 용하게 사용할 수 있는 전기에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기 를 생산하여 우리가 사용하게 되는 것이다. 구체적으로 풍력발전기는 날 개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다.
바람과 우리 생활과의 관계를 나타낸 것이다.
- 2미터/초 : 바람을 느낀다.
- 4미터/초 : 나뭇가지가 흔들린다.
- 7미터/초 : 먼지가 인다.
- 12미터/초 : 몸이 떨린다.
- 25미터/초 : 나무가 뽑힌다.
- 30미터/초 : 유리창이 깨진다.
풍력발전기에 대해서 알아보자.
55 풍력발전기의 이용효과
첫째, 바람의 운동에너지를 이용한 발전방식으로 화석연료 대체효과가 매 우 크다.
둘째, 낙도 등의 낙후 지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하다.
셋째, 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치함으로써 국내 토지이용을 합리화할 수 있다.
넷째, 제주지역과 같은 일부 특정지역의 경우 대규모 풍력발전단지 조성으 로 관광자원으로 활용이 가능하다.
(출처: 두산백과)
프랑스의 알폰스 페노는 1871년에 고무줄로 프로펠러를 돌려서 생긴 추 진력으로 비행하는 장난감 비행기 프라노포(Planophore)를 개발했다. 최 초의 고유 안정성을 가진 길이 50㎝의 작은 모형비행기로서 11초 동안에 40m를 비행했으며 근대 비행기의 표본이 되었다.또한 1903년 라이트 형제 의 최초의 동력 비행에 역시 이 프로펠러가 사용되었다. 이처럼 초기 항공 발전에 지대한 영향을 끼친 프로펠러에 대해 알아보도록 하자.
프로펠러의 원리를 이해하기 위해서는 추력과 양력에 대해 먼저 이해하여 야 한다.
추력은 프로펠러의 회전이나 가스의 분사에 의해서 얻어지는, 항공기를 밀 거나 당기는 추진력과 같은 말이다. 반면에 양력은 중력에 반대방향으로 작용하는 힘으로서 항공기를 뜨게 해주는 역할을 한다. 비행기의 프로펠러 가 돌면, 프로펠러의 블레이드(blade : 날개)는 공기를 뒤쪽으로 밀어낸다.
프로펠러의 블레이드는 단면이 에어포일이며 비행기의 날개가 회전하는 것과 같은 효과를 주게 된다. 비행기의 날개는 양력을 발생시키는데 반해 블레이드는 추력을 발생시킨다.
프로펠러에 대해서 알아보자.
프로펠러는 블레이드의 수에 따라 종류를 나눈다.
2장의 블레이드(2엽)를 가진 프로펠러에서부터 6장의 블레이드(6엽)를 가 진 프로펠러까지 있는데, 최신의 항공기에는 6장의 블레이드를 이용 하여 천천히, 조용히 회전시키며 충분한 추력을 얻어 내고 있다. 하지만 블레이 드 수가 많아질수록 효율이 떨어지므로 용도에 맞게 사용해야한다.
(출처: 한국항공우주연구원 카리스쿨, 한국항공우주연구원)
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참고 문헌
재닌 M 베니어스 저 '생체모방' 시스테마 2010
류재운, 허영미 저 '초등학생이 꼭 알아야 할 생체 모방 이야기 33가지' 을파소 출 판사 2010
박종서 저 '꼴, 좋다!' 디자인하우스 2010.
신정민 저 '동물이 가르쳐준 첨단과학 44' 대일출판사 2010 김보일 저 '국어선생님의 과학으로 세상읽기' 휴머니스트 2007
참고 자료 사이트
생체모방 관련 자료
http://blog.naver.com/isbb2030?Redirect=Log&logNo=20167269634 http://www.idsc.kr/bbs/detail.php?board_id=bbs3&content_uid=19 http://www.biomimicryinstitute.org/case_studies.php
http://news.donga.com/3/all/20121123/51067835/1
자연모방 첨단 기술 관련 자료
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=sandtimer&logNo=6003894 5640&viewDate=¤tPage=1&listtype=0
풍력발전기 관련 자료 (두산백과)
http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=200000000&docId=1159110&mob ile&categoryId=200000518
프로펠러 관련 자료 (한국항공우주연구원 카리스쿨, 한국항공우주연구원)
http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=604&docId=1051284&mobile&cat egoryId=604
혹등고래 관련 자료
http://ebsstory.blog.me/50158415567 (cc) moonm at Flickr.com
http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=20&contents_id=13035 http://www.whalepower.com/
http://www.asknature.org/product/6b64f488c9d06dc65c46fa210e1784 4e
http://www.asknature.org/product/49269092db17515de04ac92a75f68 bb1
융합인재교육(STEAM) 프로그램
생체 모방기술을 적용한 산업디자인 융합형 창의프로그램 개발
혹등고래를 닮고 싶은 프로펠러 이야기
발행처 한국과학창의재단
공급처 UNIST(울산과학기술대학교)
제작처 디자인 및 인간공학부 S³Design Lab
저 자 정선희, 박지영, 김선희, 김희영, 김동협, 김종보, 이용진
