안녕하세요.

평소 전시체험물을 설계하고 제작하는 일을 하면서 다양한 과학 체험 콘텐츠를 만들고 있습니다.

이번에 소개할 체험전시물은 광주과학관 생활과학존 리뉴얼 사업에서 제작했던 자이로스코프 회전의자(Gyroscope Chair) 입니다.

과학관에서 흔히 볼 수 있는 체험물 중 하나이지만, 실제로 제작해보니 단순한 회전의자가 아니라 구조 설계부터 안전성, 체험성까지 많은 부분을 고민해야 하는 전시물이었습니다.

이번 글에서는 자이로스코프의 원리와 함께 제작 과정을 소개해 보겠습니다.

*광주과학관 생활과학존에 설치된 자이로스코프 회전의자

자이로스코프는 어떤 원리일까요?

처음 설계를 시작하면서 가장 먼저 다시 정리했던 부분이 바로 자이로스코프의 원리였습니다.

자이로스코프는 회전하는 물체가 자신의 회전축을 유지하려는 성질, 즉 각운동량 보존 법칙을 이용한 장치입니다.

쉽게 말하면 회전하고 있는 물체는 쉽게 방향이 바뀌지 않으려는 성질이 있습니다.

이 원리는 우리 주변에서도 많이 활용됩니다.

◇ 인공위성 자세 제어

◇ 항공기와 선박의 항법장치

◇ 드론

◇ 스마트폰의 자세 인식 센서

◇ 카메라 짐벌

등 생각보다 우리 생활과 아주 가까운 기술입니다.

하지만 글로 배우는 것보다 직접 몸으로 체험하는 것이 훨씬 이해하기 쉽기 때문에 과학관에서는 오래전부터 인기 있는 체험전시물로 활용되고 있습니다.

몸으로 직접 느끼는 회전의 과학

자이로스코프 회전의자는 단순히 의자가 돌아가는 장비가 아닙니다.

관람객이 손잡이를 잡고 몸을 움직이거나 팔의 위치를 바꾸면 회전 속도가 달라집니다.

이는 몸의 질량 분포와 회전 관성이 바뀌면서 각운동량이 유지되기 때문입니다.

빙상 선수가 팔을 모으면 더 빠르게 회전하고 팔을 벌리면 천천히 회전하는 것과 같은 원리입니다.

직접 체험해 보면 교과서에서 보던 과학 원리가 훨씬 쉽게 이해됩니다.

설계부터 시작된 제작

이번 체험물도 제작에 앞서 3D 모델링을 먼저 진행했습니다.

회전축 위치와 의자의 높이, 손잡이 간격, 부품 간 간섭 여부 등을 미리 검토하면서 제작성을 확인했습니다.

특히 회전하는 구조물은 조립 후 수정하기 어려운 부분이 많기 때문에 설계 단계에서 최대한 많은 부분을 검증하는 것이 중요했습니다.

*제작 전 3D 모델링을 통해 구조를 검토하는 모습

원형 베이스 제작

설계가 끝난 후에는 가장 먼저 원형 베이스를 제작했습니다.

베이스는 체험자의 체중과 회전 시 발생하는 하중을 모두 지탱하는 부분입니다.

외형은 단순해 보여도 평탄도와 강성이 확보되지 않으면 회전 성능에도 영향을 주기 때문에 꼼꼼하게 제작했습니다.

*회전 구조를 지지하는 원형 베이스

프레임과 의자 조립

다음으로 회전축과 의자 프레임을 제작했습니다.

관람객이 직접 탑승하는 체험물이기 때문에 구조적인 안전성과 사용 편의성을 함께 고려해야 했습니다.

손잡이 위치와 의자의 높이도 여러 차례 확인하면서 제작을 진행했습니다.

*의자 프레임과 회전 구조 조립

도장과 마감

과학관 체험물은 하루에도 수많은 사람들이 이용합니다.

그래서 디자인뿐 아니라 내구성과 유지관리도 매우 중요합니다.

도장 후에는 색상, 표면 상태, 모서리 마감 등을 하나씩 확인하면서 최종 조립을 준비했습니다.

현장 설치

제작이 끝난 장비는 광주과학관 생활과학존으로 이동하여 설치를 진행했습니다.

회전축 정렬과 베어링 조립은 체험감에 가장 큰 영향을 주는 부분이라 현장에서 여러 번 테스트를 반복했습니다.

조금의 오차만 있어도 회전감이 달라질 수 있기 때문에 마지막까지 세밀하게 조정했습니다.

*현장에서 최종 조립 및 점검 진행

완성

모든 설치와 테스트를 마친 후 자이로스코프 회전의자가 완성되었습니다.

설계 화면으로만 보던 장비가 실제 과학관에서 학생들이 직접 체험하는 모습을 보니 제작자로서도 상당히 뿌듯했던 기억이 납니다.

체험전시물은 단순히 보기 좋은 장비를 만드는 것이 아니라,

누군가는 처음 과학을 재미있다고 느끼는 순간을 만드는 작업이라는 생각이 듭니다.

*광주과학관 생활과학존 자이로스코프 회전의자

마무리

이번 자이로스코프 회전의자는 설계부터 제작, 도장, 조립, 현장 설치까지 전 과정을 직접 참여했던 프로젝트였습니다.

사진으로는 제작 과정의 일부만 담을 수 있었지만, 실제로는 설계 검토부터 반복적인 테스트와 현장 조정을 거쳐 완성되었습니다.

광주과학관 생활과학존을 방문할 기회가 있다면 직접 의자에 앉아 회전 관성과 각운동량의 원리를 몸으로 체험해 보시길 추천드립니다.

앞으로도 직접 참여했던 다양한 전시체험물 제작 과정을 계속 소개해 보겠습니다.

감사합니다.