천 원의 과학 챌린지 아이디어 예시 30종

・ (재료) 종이컵, 볼펜, 도넛형 자석

・ (비용) 1,000원

・ (교과과정) 중1~3 / 자기와 전자기(자석의 극성, 자기력, 자기장 상호작용 이해)

・ (원리) 자석의 극성은 N극과 S극으로 나뉘며, 서로 같은 극끼리는 밀어내고 다른 극끼리는 서로 끌어당긴다. 고리형 자석 두 개를 종이컵 바닥 위아래에 배치하고 극성을 맞춰 놓으면 자석들이 서로 밀거나 당겨 볼펜이 구멍을 통해 자유롭게 떠 있는 것처럼 보인다. 이는 자기장이 상호작용하면서 발생하는 자기부상 현상으로, 자석 간 거리가 가까울수록 힘이 세지고, 반대로 멀어지면 약해진다. 이런 실험을 통해 자석 극성과 자기력의 기본 원리를 관찰할 수 있다.

・ (재료) 골판지, 칼, 가위, 컴파스, 각도기, 자, 풀

・ (비용) 500원

・ (교과과정) 중1~3 / 지구의 운동(지구 자전과 공전에 따른 태양 고도, 시간 측정 원리)

・ (원리) 지구는 하루에 한 바퀴 자전하여 태양 위치가 변하고, 이로 인해 하루 길이와 그림자가 달라진다. 공전은 1년 동안 지구가 태양 주위를 돌며 계절 변화를 만들고, 위도에 따라 태양 고도와 그림자 길이가 달라진다. 해시계는 이 원리를 이용해 시간과 위치를 알 수 있다.

・ (재료) 두꺼운 도화지, 풀, 가위, 스테이플러

・ (비용) 500원

・ (교과과정) 중1~3 / 힘과 운동(회전하는 물체의 운동 법칙, 자이로스코프 효과)

・ (원리) 부메랑은 회전하는 날개가 공기와 만나면서 생기는 양력과 자이로스코프 효과로 돌아오는 원리를 가진다. 날개를 30° 각도로 접어 회전할 때, 날개 하나하나가 공기 저항을 달리 받아 비행 경로가 휘어진다. 이때 자이로스코프 효과로 회전 방향이 안정되어 원래 던진 사람 쪽으로 다시 돌아온다. 오른손잡이용과 왼손잡이용 부메랑은 날개 접는 각도가 달라 회전방향이 반대여서 사용자의 던지는 손에 맞춰 제작해야 한다.

・ (재료) 풍선, 필름통, CD, 접착제

・ (비용) 1,000원

・ (교과과정) 중1~3 / 힘과 운동(뉴턴의 작용-반작용 법칙, 마찰력의 영향)

・ (원리) 공기부양선은 풍선이 내뿜는 공기가 필름통 바닥의 작은 구멍을 통해 분출되면서, 작용반작용의 원리에 따라 필름통이 반대 방향으로 미끄러져 움직인다. 이때 CD 표면과 필름통 바닥 사이의 마찰력이 매우 작아져 부드럽게 떠 있는 것처럼 움직이는 효과가 난다. 즉, 풍선에서 나오는 공기 압력이 작용하면 필름통은 그에 대한 반작용으로 미끄러지고, 마찰력이 줄어들어 공중에 살짝 뜬 듯한 공기부양선 현상이 나타난다.

・ (재료) 칼, 가위, 풀, 골판지, 나무젓가락, 압정, 거울

・ (비용) 1,000원

・ (교과과정) 초4~중1 / 빛과 에너지(잔상효과, 시각 인지 원리 이해)

・ (원리) 움직이는 그림은 연속된 이미지가 빠르게 변경되면서 잔상효과를 통해 움직임을 인식하게 만든다. 잔상효과는 눈에 남은 영상이 다음 장면과 겹쳐져 뇌가 연결된 움직임으로 인지하는 원리다. 골판지에 붙인 그림을 압정과 나무젓가락으로 회전시키면 시각적으로 한 장면씩 빠르게 바뀌며 실제로 그림이 움직이는 것처럼 보인다. 이 실험은 시각 잔상과 뇌의 운동 인지 과정을 확인하는 간단한 방법이다.

・ (재료) 투명 테이프, 나무젓가락, 책상

・ (비용) 1,000원

・ (교과과정) 중1~3 / 파동과 소리(횡파 전달과 매질의 역할, 파동의 기본 특성)

・ (원리) 투명 테이프에 수직으로 붙인 나무젓가락을 한쪽 끝에서 튕기면 파동이 나무젓가락을 따라 좌우로 이동한다. 이때 발생하는 횡파는 진동 방향이 파동 진행 방향과 수직이며, 테이프가 매질 역할을 하여 에너지를 전달한다. 즉, 파동은 매질을 통해 전달되며, 매질이 없으면 횡파가 이동할 수 없다. 이 실험으로 횡파가 어떻게 전달되는지와 매질의 중요성을 관찰할 수 있다.

・ (재료) 색종이(같은색 2장), 보드마카

・ (비용) 600원

・ (교과과정) 중3 / 자극과 반응

・ (원리) 사람의 눈은 형태보다 대비와 경계를 먼저 인식한다.

배경과 같은 색·무늬를 쓰면 물체의 윤곽을 인식하기 어려워지고, 움직이지 않으면 뇌가 그것을 “없는 것”처럼 처리한다.

・ (재료) 필름통, 못, 은박지

・ (비용) 500원

・ (교과과정) 초5~6 / 정전기 → 중2 / 정전 유도 → 고2 / 축전기

・ (원리) 못에 전하를 공급하면 필름통을 사이에 두고 못과 호일에 서로 반대 전하가 모인다. 이 전하들은 필름통을 넘지 못하고 저장되며, 못과 호일을 연결하면 저장된 전기가 한 번에 방전된다.

・ (재료) 에나멜 동선, 종이컵, 클립, 자석, 건전지

・ (비용) 1,130원

・ (교과과정) 초6 / 전기와 자기 → 중2 / 전류의 자기 → 고2 / 전자기력

・ (원리) 전류가 흐르는 코일이 전자석이 되어, 영구자석의 자기장과의 상호작용을 통해 발생하는 전자기력으로 회전한다. 코일의 한 쪽 면만 도체가 노출되어 있어 전류 방향이 자동으로 바뀌면서 회전이 지속된다.

・ (재료) 페트병, 글루건, 물

・ (비용) 500원

・ (교과과정) 초3 / 물의 흐름 → 중1 / 힘과 운동 → 고1 / 각운동량 보존

・ (원리) 병을 회전시키면 물이 회전 운동을 하게 되고, 이때 각운동량이 보존되면서 물이 중심을 향해 모인다. 중앙에서는 압력이 낮아져 물기둥이 아래로 길게 이어지며 토네이도 모양의 와류가 형성된다.

・ (재료) 클립, 빨대, 알루미늄 호일

・ (비용) 100원

・ (교과과정) 초5 / 정전기 → 중2 / 전하와 전기

・ (원리) 대전된 물체가 가까이 오면 전하가 검전기 내부로 이동학거나 재배치된다.
한쪽 금속 클립에 전기가 있는 물체를 가까이 대면 금속 안에서 전하가 이동하고, 가운데 있는 작은 금속 구슬도 같은 종류의 전하를 띠게 된다. 같은 전하끼리는 밀어내기 때문에 금속 구슬이 움직이는 모습을 볼 수 있다.

・ (재료) 빨대, 실, 케이블타이, 두꺼운 종이, 가위, 테이프, 펜

・ (비용) 560원

・ (교과과정) 초3~4 / 지레, 도구 → 초5~6 / 뼈・근육, 힘의 작용설계

・ (원리) 사람의 손이나 로봇손은 근육이 직접 물체를 잡는 것이 아니라, 줄·막대·관절을 통해 힘이 전달되어 움직인다.이 실험에서 실이나 끈을 당기면 관절 역할을 하는 빨대나 종이 구조가 접히고 그 힘이 끝부분으로 전달되어 사탕을 집게 된다.

・ (재료) 빨대, 물, 종이컵, 칼, 테이프

・ (비용) 120원

・ (교과과정) 초3~4 / 기체의 성질 → 중 / 기체 압력

・ (원리) 빨대로 바람을 세게 불면 그 부분의 공기 속도는 빨라지고 압력은 낮아진다. 그러면 컵 속의 물은 주변 공기보다 압력이 높기 때문에 낮은 압력 쪽으로 밀려 올라와 물방울이 공기 흐름에 실려 튀어나간다. 이것이 바로 공기가 빠르게 흐르면 압력이 낮아지는 베르누이의 원리이다.

・ (재료) 색종이, 가위, 빨대, 테이프, 칼

・ (비용) 220원

・ (교과과정) 중 / 알짜힘, 운동 변화 → 중 / 자유낙하(공기마찰)

・ (원리) 헬리콥터 날개 모양의 종이가 떨어질 때 공기가 날개에 부딪히면서 아래로 내려가는 것을 방해한다. 이때 날개는 공기를 아래로 밀고, 공기는 반대로 종이를 위로 밀어 올리는데 이 힘을 양력이라고 한다. 또한 회전하면서 떨어지면 공기 저항이 커져서 더 천천히 내려오게 된다.

・ (재료) 휴지심, 풍선

・ (비용) 320원

・ (교과과정) 초3~4 / 압력 부피 → 중 / 압력, 지구(기압차/바람)

・ (원리) 컵 안으로 공기가 들어가지 못하면 컵의 안쪽의 압력보다 바깥쪽에서 공기가 누르는 힘이 더 강하게 작용하여 엽서가 바닥에 떨어지지 않도록 지탱해준다. 구멍이 뚫린 곳으로 물이 새어나오지 않는 것은 표면장력인 물방울의 끌어당기는 힘에 의해서 작은 구멍에는 물이 새어나오지 않는다.

・ (재료) 빨대, 주방세제, 실, 테이프

・ (비용) 420원

・ (교과과정) 초3~4 / 물질(액체) 성질 관찰 → 중 / 물질의 특성 틀에서 심화

・ (원리) 비누막은 물 분자가 서로 끌어당기면서 가장 작은 면적을 만들려고 한다. 그래서 비누막은 항상 가장 적은 에너지를 쓰는 모양 둥근 모양(구형)을 만든다. 또 비누를 넣으면 물 분자 사이가 미끄러워져 막이 잘 늘어나고 쉽게 터지지 않는다. 이것은 표면장력과 분자 사이의 힘 때문에 생긴다.

・ (재료) 고무줄, 빨대, 종이(딱따구리 종이)

・ (비용) 350원

・ (교과과정) 중1 / 여러 가지 힘

・ (원리) 마찰력은 서로 접촉한 두 물체가 미끄러지거나 움직이려 할 때 이를 방해하는 힘이다. 물체 표면의 거칠기와 누르는 힘(수직항력)이 클수록 마찰력은 커진다. 마찰력은 운동을 방해하기도 하지만, 걷기·브레이크처럼 생활에 꼭 필요한 역할도 한다. 마찰력 딱따구리는 고무줄과 빨대 사이의 마찰력을 이용하여 마치 딱따구리가 중력을 거슬러 올라가는 것처럼 보이는 신기한 과학실험이다.

・ (재료) 에어컨 비닐

・ (비용) 800원

・ (교과과정) 초5~6 / 힘과 운동 → 중2 / 유체의 압력과 흐름 → 고 / 유체의 운동, 연속방정식 나비에 스트로크

・ (원리) 입구에서 조금 떨어져 바람을 세게 불면, 빠른 공기 흐름이 비닐봉지 입구 주변 압력을 낮춘다(베르누이 효과). 그래서 주변 공기가 입구로 함께 빨려 들어가며, 실제로는 내가 분 공기보다 훨씬 많은 공기가 들어간다. 결과적으로 비닐봉지가 순식간에 크게 부풀어 한 번에 가득 차는 것처럼 보인다.

・ (재료) 탁구공, 의료용 깔때기

・ (비용) 900원

・ (교과과정) 초5~6 / 힘과 운동 → 중2 / 유체의 압력과 흐름 → 

・ (원리) 공기를 세게 불면 유체의 속도가 빨라져 압력이 낮아지는 베르누이 정리에 의해 탁구공이 깔때기에 달라붙는다.깔때기를 아래로 향하고 깔때기의 넓은 면에 탁구공을 넣고 안으로 공기를 불면, 탁구공 주변의 공기 속도가 빨라져 압력이 낮아진다. 공 바깥쪽의 느린 공기(높은 압력)가 공을 위쪽으로 밀어올려, 공기를 밑으로 불어도 탁구공을 위로 떠올라 깔때기에서 빠져나가지 않고 붙어있게 된다.

・ (재료) 막대사탕 1개

・ (비용) 200원

・ (교과과정) 중3 / 과학 운동과 에너지 → 고 / 원운동과 회전운동, 회전역학 심화

・ (원리) 막대사탕을 빠르게 돌리면 물체늕 현재의 회전 상태를 유지하려는 성질(회전관성) Eoansw에 쓰러지지 않으려 한다. 회전하면서 생기는 각운동량이 방향을 안정적으로 유지해 흔들림을 막는다. 그래서 천천히 돌릴 때는 넘어지지만, 빠르게 돌릴수록 더 곧게 서서 돈다.

・ (재료) 옥수수 전분(100g, 물 50g)

・ (비용) 860원

・ (교과과정) 초3~4 / 물질의 성질 →  중 / 물질의 상태변화, 여러가지 물질 → 고 / 물질의 상태와 용액(화학), 유체의 성질(물리)

・ (원리) 우블렉은 옥수수전분과 물이 섞인 비뉴턴 유체로, 힘을 주는 방식에 따라 성질이 달라진다. 천천히 누르면 입자들이 미끄러져 액체처럼 흐르고, 빠르게 치거나 누르면 입자들이 서로 부딪혀 단단하게 굳는다. 이는 충격을 받을 때 전분 입자들이 순간적으로 서로 걸려 움직이지 못하기 때문이다. 그래서 우블렉은 부드러움과 단단함을 동시에 가진 신기한 물질처럼 행동한다.

・ (재료) 나무 막대(나무젓가락 등)

・ (비용) 1,000원

・ (교과과정) 초5~6 / 지렛대 원리, 힘의 작용, 하중 분산 → 중1 / 힘과 운동, 마찰력, 힘의 평형, 압축력

・ (원리) 레오나르도 다빈치 다리는 못이나 끈 없이 막대들이 서로 걸리고 지지하며 균형을 이루는 구조이다. 못이나 끈 없이 막대 간의 압축력과 마찰력만으로 서로를 지탱하며 하중을 구조적으로 분산시킨다. 막대 사이에 생기는 마찰력이 미끄러짐을 막아 구조를 안정하게 만든다. 하중이 가해지면 힘이 한 지점에 집중되지 않고 여러 막대로 분산된다. 막대들은 압축력과 지렛대 원리로 서로를 단단히 눌러 준다. 그 결과 단순한 나무젓가락만으로도 사람의 무게를 지탱하는 다리가 된다.

・ (재료) 투명컵, 동전, 일회용 접시, 미용티슈, 물

・ (비용) 255원

・ (교과과정) 초4 / 빛의 반사 → 초6 / 빛의 굴절

・ (원리) 컵 위에 접시를 덮어놓기 전에는 컵 아래에 있는 동전이 보인다.(물에서 빛이 굴절되어 공기로 나온 것이 눈으로 도달) 하지만 접시를 덮어 놓으면 컵을 들여다보는 눈의 위치가 바뀌어서(빛이 반사하는 위치와 다른 곳이 눈의 위치가 됨) 동전이 눈에 들어오지 않게 된다.

・ (재료) 투명컵, 물, 엽서, 송곳

・ (비용) 1,000원

・ (교과과정) 초3 / 물질의 상태 →  초6 / 여러 가지 기체

・ (원리) 컵 안으로 공기가 들어가지 못하면 컵의 안쪽의 압력보다 바깥쪽에서 공기가 누르는 힘이 더 강하게 작용하여 엽서가 바닥에 떨어지지 않도록 지탱해준다. 구멍이 뚫린 곳으로 물이 새어나오지 않는 것은 표면장력인 물방울의 끌어당기는 힘에 의해서 작은 구멍에는 물이 새어나오지 않는다.

・ (재료) 페트병, 물, 빨대, 클립

・ (비용) 500원

・ (교과과정) 초3 / 물질의 성질, 초6 / 기체의 성질

・ (원리) 페트병의 가운데 부분을 힘을 줘 누르면 압력이 높아지면서 빨대의 공기 부피가 줄어들고, 부력이 감소하면서 풍선이 바닥으로 가라앉게 된다. 힘을 빼면 빨대 압력이 줄어들면서 부력이 증가하여 다시 위로 뜬다.

관련 : 파스칼의 원리, 보일의 법칙, 아르키메데스의 원리(부력)

・ (재료) 지퍼백, 물, 연필

・ (비용) 620원

・ (교과과정) 초3 / 물질의 성질 → 초6 / 빛의 굴절

・ (원리) 지퍼백은 잡아당기는 힘이 약해 연필을 이용해 구멍을 뚫어도 오히려 비닐이 조금 늘어나면서 연필을 단단하게 죄어준다. 이는 구멍이 막혀 물이 빠지지 않게 한다. 

또한, 물 속에 연필을 넣게 되면 빛이 다른 물질(공기→ 물)로 들어갈 때 속도가 달라져서 방향이 꺾이게 되는 빛의 굴절 현상(연필 꺾임 현상)도 확인할 수 있다.

・ (재료) 압지(또는 한지), 수성펜, 나무젓가락, 컵

・ (비용) 1,100원

・ (교과과정) 초6 / 연소와 소화/혼합물의 분리

・ (원리) 검정색으로 보이는 수성펜은 다양한 색의 조합으로 이루어져 있다. 그 안의 어떠한 색소는 물에 아주 잘 녹아서 함께 뻗어 나갑니다. 반면 어떠한 색소는 물에 잘 안 녹아서 물이 올라갈 때 잘 따라가지 못한다. 이러한 차이로 인해 색이 분리되게 된다.

관련 : 용해도의 차이, 흡착력의 차이

・ (재료) 날계란, 식초, 컵

・ (비용) 1,540원

・ (교과과정) 초5 / 산과 염기

・ (원리) 계란껍질은 탄산칼슘으로 이루어져 있으며, 염기성이고, 식초는 대표적인 산성 물질이다. 산성인 식초가 염기성인 계란 껍질을 만나면 중화반응이 일어나면서 껍질이 녹고, 이산화탄소에는 기포가 발생하게 된다. 또한 계란 껍질이 녹은 후 난각막을 사이에 두고 삼투 현상에 의해 농도가 낮은 쪽(식초)에서 높은 쪽(계란내부)으로 이동하려 하면서 계란이 커지게 된다.

관련 : 산과 염기의 반응, 삼투 현상

・ (재료) 젤리, 소금, 물, 컵

・ (비용) 1,160원

・ (교과과정) 초5 / 용액

・ (원리) 물은(반투막을 사이에 두고) 용질 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동해 농도를 비슷하게 만들려고 한다. 소금물에 넣었던 젤리는 소금물의 용질 농도가 젤리보다 높아서 젤리 안에 있던 물이 빠져나가 작아지고, 맹물에 넣었던 젤리는 젤리 속의 용질 농도가 맹물보다 높아서 바깥의 물이 젤리 안으로 들어와 크기가 커지게 된다. 이런 현상을 우리는 삼투현상이라고 부른다.

관련 : 삼투 현상

・ (재료) 필름통, 전선, 압전소자, 나사 볼트

・ (비용) 1,800원

・ (교과과정) 초4 / 기체의 성질 → 중2 / 기체의 합력

・ (원리) 알코올 연소 시 내부 온도가 급격히 올라가며 기체가 팽창하고, 증가한 압력이 뚜껑을 밀어내며 발사한다.

알코올은 쉽게 증발해 공기와 섞여 필름통 안에는 알코올 증기와 공기가 섞인 혼합기체가 만들어진다. 혼합기체에 불을 붙이면 알코올이 산소와 빠르게 반응하며 연소한다. 연소로 온도가 급격히 올라가면서 내부기체가 팽창하여 압력이 크게 증가한다. 증가한 압력이 뚜껑을 밖으로 밀어내며 발사 하게 된다.