종이트러스트 아치 구조물 만들기
활동영역: 공작활동
활동목표: 트러스트와 아치의 구조를 이해하고 구조물을 만들 수 있다.
활동 자료 및 사전 지도
학습자료 | 교사 | 트러스트 작품 사진자료 |
학생 | 두꺼운 종이, 자위, 풀, 책받침 등 | |
사전지도 | ․트러스트와 아치 | |
웹사이트 | ||
활동내용
① 트러스트와 아치에 대해서 이야기하기
- 트러스트 사진, 아치 사진보고 이야기하기.
- 무게를 잘 견디려면 어떤 모양이어야 하는지 알아보기
② 트러스트와 아치 구조물 만들기
- 종이에 설계하고 잘라내기, 도화지에 만들 트러스트, 아치 구조물을 그리기
- 자와 연필을 이용하여 그리기
- TV로 제시되는 사진을 보고 자르고 접기
- 구조물 받침대 만들기
- 종이 구조물 2개를 목공용 본드를 이용하여 나무 젓가락에 붙여 구조물을 지탱할 수 있는 받침대를 만들기
③ 실험하기
- 자신이 만든 아치 구조물을 가지고 실험하기
④ 기록하기
- 발표, 토론하고 느낀점 적기, 발명 기록하기(고운 꿈이 커가요)
정리
- 트러스트와 아치의 형태와 다리나 건축물에 왜 많이 사용하는지 설명하기
더 나아가기
- 작품을 수정 보완하여 나무젓가락을 이용한 작품 만들기
- [고운 꿈이 커가요] 에 설계하고 만들기
트러스트와 아치
▣ 트러스트(Truss)
트러스트라 함은 직선으로 된 부재를 그의 양단에서 마찰 없는 힘점(격점, 절점)에 의하여 타 부재와 결합시켜 일련의 삼각형을 구성해 나가는 구조물을 말한다. 이러한 것은 건축물과 교량에 많이 활용된다.
1) 단면력
① 축력 : 압출력(눌러서 줄이려는 축력), 인장력(당겨서 늘리는 축력)
② 전단력 : 잘라지려는 성질
③ 휨모멘트 : 휘어지려는 성질을 말한다.
2) 트러스트의 여러 가지 형식
▣ 아치(Truss)
옛날부터 인류는 돌이나 벽돌을 쌓아 올려 많은 장대한 구조물을 쌓았는데 그 역사에서 가장 획기적인 발명이 아치였다. 아치의 원리는 쐐기이다. 쐐기형의 돌을 반원형으로 놓으면 돌은 서로 밀어내느라고 밑으로 떨어지지 않는다. 위에서부터 무게가 걸리면 밀어내는 힘이 더욱 긴밀해져서 오히려 강도를 더해 간다. 위의 무게는 아치 맨 끝에 집약되어 있어서 가느다란 기둥으로도 받칠 수 있다. 나무나 돌로 된 기둥은 가로나 비스듬한 방향에서 힘이 가해지면 부러지기 쉽지만 위로부터 수직으로 힘이 걸리면 아주 강해진다.
유럽이나 이슬람 제국에서 흔히 볼 수 있는 일이지만 중세의 묵직한 석조건축이 아치의 열로 받쳐지고 그 아치가 다시 아주 가느다란 기둥으로 받쳐지고 있어서 보는 사람을 놀라게 한다. 보기에도 아치와 가느다란 돌기둥의 열은 매우 아름답다.
<아치가 돔과 볼트로 발전>
① 아치를 둥글게 회전시키면 돔 (dom, 궁륭)이 된다.
② 아치를 길게 옆으로 연장시키면 원통볼트 (barrel vault, 반원통 볼트, 터널 볼
트)가 된다.
③ 원통 볼트를 십자로 교차시키면 (원통)교차볼트 (cross vault)가 된다.
④ 원통 볼트에서 변형되어 단면이 뾰족 아치로 된 볼트를 첨두 볼트 (pointed
vault, 포인트 볼트)라고 한다.
어느 것이나 쐐기의 원리로 위로부터의 무게를 받치는 힘이 강한 점은 아치와 같다.
<아치는 고대 오리엔트에서 비롯되었다>
아치는 고대 메소포타미아와 이집트에서 발명되어 지중해 세계로 퍼져 페르시아 건축을 통해 유럽 건축에 활용되기에 이르렀다. 중국에는 옛부터 전해지고 있었는데 우리나라에도 그런 건축법이 다리 등에 이용되어 아치식 돌다리가 남아 있다. 관광여행에서 자주 들르는 곳으로 중앙 아메리카의 마야 문명 유적, 서남 아시아 대륙으로부터 동남 아시아에 걸쳐서 분포되어 있는 오래된 힌두교 사원이나 불교의 석조 사원 건물 등이 아치식 건물이다.
아치를 모르면 상인방식이나 까치발식으로 하는 수밖에 없다. 전자는 길고 무거운 돌을 필요로 하며, 후자는 많은 돌을 쌓아 올리지 않으면 안된다. 그것을 받치려면 출입구 경우에도 돌을 튼튼하게 쌓아야 한다. 그러므로 아치처럼 경쾌한 기둥의 열로 받칠 수는 없다.
종이 트러스․아치 구조물 만들기
1. 학습 목표
- 트러스․아치의 구조를 알 수 있다.
- 트러스․아치 구조물의 힘의 분산을 알 수 있다.
2. 준비물
복사 종이 2장(A4 크기), 나무젓가락 4쌍,
접착제(목공용, 순간접착제), 칼, 자, 볼펜, 책 여러 권
※ 참고
여러 종류의 종이를 사용할 수 있으나 적은 무게로 큰 것을 지탱하면 더 좋은 일이겠지요.
3. 어떻게 할까요?
가. 설계하기
(1) 복사 종이(A4 크기)위에 아래 [그림 2]와 같이 가로 25cm, 세로 16cm 크기의 사각형에 가로 6등분, 세로 8등분의 칸을 만들고 세로 선은 지운다. 전체 크기는 조금 달라도 가로 6등분과 세로 8등분의 칸은 만들어야 한다.
(2) 아래 [그림 2]와 같이 대각선으로 그어 마름모 모양을 만든다.
(3) 가로 선을 점선으로 그어 대각선과 구분 짓는다. - 완성[그림 3]
(4) 같은 방법으로 1장을 더 만든다.
(5) 이 작업을 [그림 4]와 같이 워드프로세서의 표 그리기와 대각선 긋기를 이용하면 매우 편리하다.
나. 접기
(1) [그림 5]와 같이 칼이나 가위를 이용하여 바깥 둘레(사각형)를 정확하게 잘라 낸다.
(2) [그림 6]과 같이 모든 대각선(실선)을 같은 방향으로 정확하게 접는다. 접은 지점의 윤곽이 뚜렷해야 나중에 잘 접힌다.
(3) [그림 7]과 같이 실선을 모두 접었으면 가로선(점선)을 선에 맞게 정확하게 접는다.
(4) [그림 8]과 같이 가로선(점선)의 반대 방향으로 다시 한번 접는다.
※ 주의 : 가로선(점선은) 대각선(실선) 방향과 반대로 접어야 하며([그림 3]의 ①과 ②는 반대로 접혀야 한다.) 윤곽이 뚜렷하게 접되 찢어지지 않게 조심한다.
다. 트러스․아치 만들기
(1) [그림 9]와 같이 전체를 가볍게 구부려 골이 위에 가도록 정리한 후, [그림 10]에서 볼 수 있는 것과 같이 끝에서부터 점선은 아래로(골 부분이 아래로)가도록, 실선은 위로 가도록(마루 부분은 위로 가도록) 천천히 접어나간다.
(2) 다 접으면 아래 [그림 11]과 같은 모양이 된다.
(3) 다시 [그림 5]에서 [그림 11]까지 반복하여 1개를 더 만든다.
(4) [그림 12]와 같이 종이 구조물 2개를 목공용 본드를 이용하여 나무 젓가락에 붙여 구조물을 지탱할 수 있는 받침대를 만든다.
라. 얼마나 튼튼할까?
(1) [그림 13]과 같이 나무 젓가락 3개를 반으로 갈라서 순간 접착제로 붙여 물건을 올려놓을 받침대를 만들고 [그림 14]과 같이 구조물 위에 올려 놓은 다음
(2) [그림 15]와 같이 같은 크기의 책을 올려놓으면서 얼마나 견딜 수 있는지 측정하여 보자.
( 권, g)
마. 원리 찾기
(1) 종이 한 장으로 여러 권의 책을 올려놓을 수 있는 이유를 생각해 보자.
바. 생각 늘이기
여러 개의 구조물을 이용하여 다양한 구조물을 생각하고 만들어 보자. - 가능한 여러 명의 아이디어를 합치자
[그림 16] 다양한 구조물 생각하기
4. 나는 얼마나?
가. 학생 자기 평가 문항 : 점수(상:3점, 중:2점, 하:1점)
1) 정확하게 설계하였는가?
2) 바르게 접었으며 아치구조가 쉽게 만들어지는가?
3) 구조의 받침대가 튼튼한가?
4) 몇 개의 책을 지탱하였는가?
5) 종이로 만든 다리가 많은 책을 올려놓을 수 있는 구조물이 되는 이유를 설명 할 수 있다