사이클로이드 곡선의 원리, 체험 시설

제가 근무하는 곳의 과학체험 시설을 하나씩 소개하고 있는데요, 오늘은 물체의 운동과 관련된 사이클로이드 체험 시설을 보여드리겠습니다.

 

사이클로이드 곡선 교구 소개

사진처럼 큰 구슬 두 개를 두 가지 경로에 동시에 출발시켜, 어떤 경로에서 더 빨리 이동할지 예상해 보고 실제로 확인하는 실험장치입니다. 여기서 곡선으로 만든 경로가 사이클로이드 곡선을 이용한 것입니다.

직접 구슬을 굴려보면, 예상과 다르게 최단 거리로 보이는 직선 경로보다 곡선 경로에서 공이 더 빨리 떨어짐을 알 수 있습니다.

 

사이클로이드 곡선의 정의

사이클로이드 곡선이란 적당한 반지름을 갖는 원 위에 한 점을 찍고, 그 원을 한 직선 위에서 굴렸을 때 점이 그리며 나아가는 곡선을 말하는데요. 공이 가장 빠르게 내려올 수 있는 경로가 됩니다.

 

사이클로이드 곡선의 예시

이를 활용한 자연과 문화의 예시로 하늘 높이 나는 독수리나 매가 땅위에 있는 들쥐나 토끼를 잡을 때 직선으로 내려오는 것이 아니라 사이클로이드에 가깝게 목표물을 향해 곡선 비행을 한다고 합니다.

우리나라의 기와가 오목한 곡선으로 만들어진 이유는 빗물이 기와에 스며들어 목조 건물이 썩는 것을 막기 위해, 빗물이 가능한 기와에 머무는 시간을 줄여서 빨리 흘러가도록 기와의 모양을 사이클로이드로 만들었기 때문이라고 하네요^^