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선선한 바람이 부는 가을이에요. 곧 있으면 우리 민족의 명절 ‘추석’이지요. 긴 연휴 동안 무엇을 하고 놀지 고민이라고요? 그렇다면 지금부터 ‘뱅글뱅글(toptop)’님의 호기심도 해결하고, 팽이의 매력에도 흠뻑 빠져 봐요.

팽이가 넘어지지 않고 도는 이유는?

팽이의 매력은 오랜 시간 넘어지지 않고 뱅글뱅글 도는 거예요. 뾰족한 부분만을 땅에 대고도 균형을 잡지요. 팽이가 쓰러지지 않고 도는 비결은 ‘회전 관성’이라는 힘에 있어요. 정지해 있는 물체가 계속 정지해 있으려 하고, 운동하고 있는 물체는 계속 운동하려는 성질을 ‘관성’이라고 해요. 회전 관성이란 물체가 회전하는 상태를 계속 유지하려는 성질을 말하지요.

팽이를 돌리기 위해 힘을 한 번 주면 팽이는 뾰족한 부분으로 균형을 잡으면서 돌기 시작해요. 돌고 있는 팽이는 외부에서 다른 힘이 가해지지 않는 한 회전 관성 때문에 계속 돌지요. 그러다 땅과 팽이 사이의 마찰력^★ 때문에 차츰 느려지다 멈추게 돼요. 표면이 매끈하면 마찰력이 작고, 거칠고 울퉁불퉁하면 마찰력이 커요.

얼음 위에서 화려하게 회전하는 피겨 스케이팅 선수를 떠올려 봐요. 날카로운 스케이트 신발을 신고도 팽이처럼 뱅글뱅글 돌 수 있는 이유는 매끄러운 얼음 표면이 맨땅에 비해 마찰력이 작기 때문이에요. 마찰력이 큰 운동장에서는 얼음에서처럼 돌 수 없지요.

오래오래 도는 팽이의 비결

팽이 대결을 위해 오래 도는 팽이를 만들고 싶다고요?

어떻게 만들어야 더 오래 도는 팽이를 만들 수 있을지, 그 비법을 알려줄게요.

비결 1. 공기저항이 적어야 해!

오래 도는 팽이를 만들려면 공기 저항을 최대한 덜 받는 게 유리해요. 공기 저항은 물체가 공기에 부딪힐 때 공기가 물체의 움직임을 방해하는 것을 말해요. 삼각형이나 사각형 등 각진 도형보다는 각이 없는 원이 공기 저항을 덜 받으므로, 대부분의 팽이는 윗부분이 원 모양으로 만들어진답니다.

직사각형에 직각삼각형을 붙인 평면도형을 축을 기준으로 회전하면 위의 그림과 같은 팽이가 돼요.

이렇게 직선인 축을 기준으로 한 바퀴 회전했을 때 생기는 입체도형을 ‘회전체’라고 해요. 직사각형을 회전하면 원기둥이, 직각삼각형을 회전하면 원뿔이 만들어지지요. 또 반원을 회전하면 구가 만들어져요. 원기둥, 원뿔, 구는 모두 회전체랍니다.

비결 2. 축의 길이가 짧아야 해!

두 발을 올려놓고 캥거루처럼 통통 뛰는 놀이 기구인 ‘스카이콩콩’은 발판 아래 부분이 길수록 균형을 잡기 어려워요. 발판 아래 부분이 짧을수록 무게중심^★이 땅과 가까워서 쓰러지지 않고 균형을 잘 잡을 수 있지요. 같은 원리로 팽이도 축이 짧아야 무게중심이 땅과 가까워서 균형을 유지하기 쉬워요.

비결 3. 팽이 판, 무거운 게 더 좋아!

팽이가 도는 이유인 회전 관성은 팽이의 반지름이 클수록, 팽이가 무거울수록 커지는 성질이 있어요. 만약 팽이 판의 반지름이 5cm이고 무게는 100g인 팽이와 반지름이 10cm이고 무게가 200g인 팽이가 있다고 가정해 봐요.

같은 힘으로 두 팽이를 동시에 돌리면 반지름 10cm, 무게 200g인 팽이가 더 오래 돌아요.

세상에서 가장 오래 도는 팽이는?

팽이를 한 번 돌리면 얼마나 오랜 시간 동안 돌까요?

세상에서 가장 오래 도는 팽이를 소개할게요.

세상에서 가장 오래 도는 팽이로 기네스북에 기록된 ‘림보’ 팽이는 한 번 돌리면 4시간이 넘게 멈추지 않고 돌아요. 림보 팽이의 최고 기록은 무려 27시간 9분 24초나 돼요. 하루가 지나도록 팽이가 멈추지 않은 거예요.

림보가 이렇게 오래 돌 수 있는 비결은 팽이 내부에 있는 작은 ‘자이로스코프’ 센서 덕분이에요. 자이로스코프는 회전축의 방향을 자유롭게 바꿀 수 있도록 만들어진 장치예요. 팽이가 기울어지면서 센서도 기울어지면 자이로스코프가 축의 방향을 바꿔 균형을 유지해요. 팽이와 맞닿은 바닥이 기울어져도 팽이는 넘어지지 않지요. 자이로스코프는 게임기나 휴대전화, 로켓이나 로봇 등을 만들 때도 사용돼요. 스스로 움직임을 감지해 균형을 잡는 역할을 하지요.