헬륨 비행선 제작하기

* 목표

1. 주어진 준비물(헬륨풍선 등)의 특성을 파악하여 헬륨비행선에 활용하는 방법을 이해할 수 있다.

2. 주어진 미션을 완수하기 위한 헬륨 비행선을 설계하고, 우리가 제작한 헬륨 비행선과 다른 모둠의 것을 비교하여 미션을 완수하기 위한 효과적인 방법을 생각해낼 수 있다.

3. 발명가의 관점에서 기체의 특성을 이용하여 어떤 물건을 만들지 생각할 수 있다.

* 수업 흐름

1. 헬륨풍선이 공기중에 뜨는 현상을 관찰하고, 왜 공기 중에 뜨는지 생각해보기.

 : 부력이라고하면 선박이나 잠수함이 뜨고 가라앉는 원리를 가장 먼저 생각할수 있지만,부력은 항공 분야에도 적용할 수 있다. 그 대표적인 예가 바로 비행선이다. 비행선이 공중에 뜰 수 있는 이유는 선박이 물에 떠 있는 원리와 같다고 할 수 있다. 선박이 밀어낸 물이 주변에 생기면 그 물의 무게가 선박에 압력을 가해서 결국 균형을 이루게 된다. 하늘에 뜨는 비행선도 마찬가지 원리로 비행선의 풍선 안의 기체가 주위의 공기보다 더 가벼워서 주위 공기가 밀어 올리는 것이다. 

   헬륨가스 1리터의 무게는 0.1785g 이고 공기 1리터의 무게는 1.2934g 이다. 헬륨가스 밀도가 공기 밀도의 대략 1/7 정도 이므로 비행선을 떠오를 수 있게 하는 것이다. 

  그러면 비행선은 왜 크게 제작하는 것일까? (힌덴부르크호 길이 245m, 직경 135m,  보잉 747 여객기 동체 70.6m)

  땅 위에서 공기의 무게는 1세제곱미터 당 1.2kg 정도인데 헬륨을 넣으면 약 1kg을 들어올리는 부력이 발생한다. 하지만 20km 정도의 높은 고도로 올라가게 되면 기압이 낮아져 1세제곱미터의 공기의 무게는 90g 밖에 나가지 않는다. 결론적으로 20km 상공에서 지상에서와 같은 무게를 들어올리기 위해서는 그 부피가 10배가 넘게 커져야 한다. 

  

2. 헬륨 비행선

3. 하늘을 나는 상어 영상

4. 수행할 미션 살펴보기

 가. 미션 내용 - 비행선을 만들어 외계인의 기지 폭파하기(풍선 터뜨리기)

 나. 헬륨풍선, 프로펠러, 나무젓가락과 수수깡 활용 방법 생각하기

5. 미션을 수행할 헬륨 비행선을 설계하기

 가. 헬륨 비행선 제작 계획서

 * 참고:  피펫 비행선

  - 헬륨 풍선 7개를 달아도 모터와 건전지 무게를 감당할 수 없음. 결국 풍력을 이용한 헬륨 비행선으로 선회.

  - 풍선 터드리기 미션 부여 : 바늘이 닿아도 풍선이 터지지 않음. 강한 힘이 필요함. 

 

6. 미션 수행하기

 - 지정된 장소에서 헬륨 비행선을 출발시킨다.

 - 헬륨 풍선이 통과할 수 있는 목적지를 선정한다.(훌라우프, 풍선 터뜨리기 등)

 - 헬륨 비행선이 목적지를 통과하며 임무를 완수한다.

 - 임무를 완수하지 못하였다면 이를 보완할 수 있는 기회를 제공한다.

7. 미션을 완수할 수 있는 각 모둠의 전략 탐구하기

8. 기체의 특징을 잘 파악한다면 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 아래 제시된 여러 가지 기체의 특징을 살펴보고

  가. 내가 발명가라면 어떤 용도로 사용하는 물건을 만들지 생각해 봅시다.