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1) 작동 원리(간단히)

같은 극(예: N-N 또는 S-S)의 자석은 서로 밀어내는 힘을 냅니다.

이 힘을 추진력(직접 밀어내는 배치)이나 지지력/부상력(차체의 무게를 일부 떠받치게 하여 마찰 감소)으로 이용하면 전기 모터 없이 움직이는 모델을 만들 수 있습니다.

중요한 점: 자기력은 거리의 함수라서 자석 사이 거리가 조금만 달라져도 힘이 크게 변합니다. 설계에서 간격·정렬·안정성이 핵심입니다.

2) 세 가지 추천 설계(난이도·특징)

각 설계마다 목적이 다름 — (A) 간단한 추진형, (B) 자석 트랙을 이용한 레벨-드리븐(밀어냄) 주행, (C) 일부 부상(마찰감소)형.

A. 간단한 추진형(초등~중학생용, 만들기 쉬움)

아이디어: 차체 뒤(또는 앞)에 고정된 자석이 트랙 끝의 고정자석에 가까워질 때 밀려서 튀어나가게 하는 단발 추진 방식.

장점: 구조 단순, 재료 적음, 배우기 쉬움.

구성요소: 경량 샤시(두꺼운 종이·플라스틱), 바퀴(작은 바퀴·옷걸이 축), 네오디뮴 원형 자석 2~4개, 고정용 테이프/접착제.

동작 방식: 차체에 붙은 자석과 트랙의 고정자석이 같은 극을 마주보게 설치 → 차가 특정 지점에서 밀려 튀어나가 직선으로 전진.

팁: 추진 순간을 제어하려면 자석 간 거리를 조절하거나 완충(스폰지)으로 충격 완화.

기압 차 활용 자동차 (진공 풍선 자동차)

큰 풍선을 비닐백으로 덮어 압축 후 개방 → 풍선이 팽창하면서 바람을 밀어내고 자동차를 전진시킴.

원리: 대기압과 진공의 차이 활용.

모터를 사용하지 않고 자율 추진이 가능한 모형 자동차를 설계하는 방법은, 에너지 변환 원리를 이해하는 데 있어 교육적으로 큰 의미가 있다. 특히 기압차(氣壓差, pressure difference)는 비교적 간단한 구조를 통해 추진력을 얻을 수 있는 대표적인 방식이다. 본 설계에서는 풍선 내부에 압축된 공기를 저장하고, 이를 개방하여 대기압과의 차이를 이용한다

. 풍력(바람) 자동차

원리: 바람의 힘 → 프로펠러 회전 → 추진력 발생
재료: 섀시, 바퀴, 큰 프로펠러(플라스틱), 고무줄/모터(선택)
방법:

1. 바퀴 달린 섀시를 만든다.

2. 뒷부분에 프로펠러를 단다.

3. 바람을 불거나 선풍기를 틀면 앞으로 움직인다.

원리: 바람이 프로펠러(또는 돛)를 밀어 → 추진력 발생

준비물

바퀴 4개 + 섀시

큰 프로펠러 (장난감용, 또는 PET병 잘라 제작)

나무젓가락/빨대 (프로펠러 축)

테이프, 글루건

(선택) 작은 모터 + 건전지 (바람 대신 프로펠러 회전 가능)

제작 방법

1. 섀시와 바퀴를 조립한다.

2. 자동차 뒷부분에 프로펠러 축을 세운다.

3. 축에 프로펠러를 단단히 붙인다.

4. 바람을 불거나 선풍기를 켜면 앞으로 나아간다.
(선택: 모터와 연결하면 ‘자체 풍력 자동차

. 고무줄 탄성 자동차

원리: 고무줄 탄성 에너지 → 회전 운동 변환 → 바퀴 구동
재료: 섀시, 바퀴, 고무줄, 나무젓가락/빨대
방법:

1. 섀시를 만들고 바퀴를 단다.

2. 뒷축에 고무줄을 연결한다.

3. 고무줄을 감아당겼다가 놓으면 에너지가 풀리며 바퀴가 돌아간다.

비눗방울 추진 자동차

원리

비눗방울 내부에는 공기가 들어 있으며, 표면 장력이 전체를 안정적으로 잡고 있습니다.

비눗방울이 터질 때, 내부 공기가 순간적으로 밖으로 팽창하며 반작용 힘이 발생하고 자동차를 반대 방향으로 밀어 이동시킵니다.

추진력은 비눗방울의 크기, 두께, 발생 빈도에 따라 달라집니다.

가벼운 차체와 큰 바퀴를 사용해야, 터지는 힘을 효율적으로 전진력으로 전환할 수 있습니다

재료

1.차체(종이, 얇은 플라스틱, 아이스크림 막대 등)

2.바퀴 4개(우유팩 뚜껑, 플라스틱 병뚜껑 등)

3.축(빨대 2개, 나무젓가락 2개)

4.추진 장치(빨대 1개, 비눗방울 용액: 물 200ml + 세제 50ml + 설탕 1큰술)

5.접착 도구(테이프, 글루건)

제작 절차

1. 차체를 직사각형 판으로 준비한다.

2. 빨대를 차체 밑에 수평으로 붙이고 젓가락을 끼워 바퀴 축을 만든다.

3. 바퀴 4개를 장착하여 차체를 완성한다.

4. 차체 뒤쪽에 긴 빨대를 수직으로 고정한다.

5. 빨대 끝을 비눗방울 용액에 담갔다 빼면 얇은 비누막이 형성된다.

작동 방법

비눗방울이 터질 때마다 발생하는 반작용 힘으로 차체가 앞으로 이동한다.

응용 실험

빨대 직경에 따른 추진력 비교.

용액 조성 변화에 따른 비눗방울 지속 시간 실험.

빨대 개수를 늘려 추진력 변화 확인.

태엽(스프링) 자동차

원리

태엽을 감으면 금속 스프링은 탄성 에너지를 저장합니다.

감긴 스프링이 풀리면서 회전 운동으로 변환되고, 바퀴를 돌리며 자동차를 전진시킵니다.

스프링의 에너지는 회전력(토크) 형태로 바퀴에 전달됩니다.

추진력은 스프링 감는 세기와 회전 속도에 따라 달라지며, 차량 질량과 바퀴 접지력에 의해 최종 이동거리가 결정됩니다.

안정성을 위해 태엽과 바퀴 연결부는 견고히, 바퀴는 미끄럼 최소화.

재료

차체(나무판, 두꺼운 종이, 플라스틱 등)

바퀴 4개(병뚜껑, CD 등)

축(철사, 나무젓가락)

태엽 스프링(폐시계, 장난감 부품) 또는 고무줄

접착 도구(테이프, 글루건)

제작 절차

1. 차체를 제작하고 바퀴 축을 설치한다.

2. 바퀴 4개를 균형 있게 부착한다.

3. 태엽 스프링을 바퀴 축에 연결한다.

대체 방식: 고무줄을 축에 감아 같은 원리 구현.

4. 태엽 또는 고무줄을 충분히 감아 에너지를 저장한다.

작동 방법

태엽 또는 고무줄을 풀면 바퀴 축이 회전하면서 전진한다.

응용 실험

감는 횟수에 따른 주행 거리 변화.

바퀴 크기 변경에 따른 속도 및 거리 차이.

차체 무게 변화에 따른 추진력 비교.

압축공기 추진 자동차

원리

압축공기는 분자가 작은 공간에 밀집해 있는 상태입니다. 병 안에서 공기를 압축하면 분자들이 서로 부딪히면서 잠재적 에너지를 저장합니다.

빨대를 통해 공기가 급격히 배출될 때, 공기 분자는 빠른 속도로 밖으로 이동하며 반작용 힘을 자동차에 전달합니다. 즉, 공기가 뒤로 나갈 때 자동차가 앞으로 밀립니다.

추진력은 공기 압력과 배출 속도에 비례하고, 차량 질량과 바퀴 마찰에 반비례합니다.

안정성을 위해, 차체 무게 중심은 앞뒤 균형을 맞추고, 바퀴는 최소 마찰 구조로 배치해야 합니다.

재료

차체(종이, 플라스틱 판)

바퀴 4개(병뚜껑, CD 등)

축(나무젓가락, 빨대)

주사기(20~50ml), 빨대 1개

접착 도구(테이프, 글루건)

제작 절차

1. 차체에 바퀴 축과 바퀴를 설치한다.

2. 주사기 끝에 빨대를 꽂아 공기가 새지 않도록 밀폐한다.

3. 주사기를 차체 뒤쪽에 수평으로 장착한다.

4. 빨대 끝을 뒤쪽으로 향하게 고정한다.

작동 방법

주사기에 공기를 압축한 뒤 피스톤을 밀면 공기가 빨대를 통해 방출되며 차체가 전진한다.

응용 실험

주사기 크기에 따른 추진력 비교(20ml, 50ml 등).

빨대 직경 변화에 따른 속도 차이.

주사기 2개를 병렬 연결해 추진력 강화 실험.

압축 정도와 주행 거리 관계 그래프화.

비눗방울 내부에는 공기가 들어 있으며, 표면 장력이 전체를 안정적으로 잡고 있습니다.

비눗방울이 터질 때, 내부 공기가 순간적으로 밖으로 팽창하며 반작용 힘이 발생하고 자동차를 반대 방향으로 밀어 이동시킵니다.

추진력은 비눗방울의 크기, 두께, 발생 빈도에 따라 달라집니다.

가벼운 차체와 큰 바퀴를 사용해야, 터지는 힘을 효율적으로 전진력으로

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클릭하세요.

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1. 자석 반발력(자기부상·자기추진)

원리: N극-N극, S극-S극이 서로 밀어내는 힘을 이용해 순간적인 추진력 생성

특징: 초기 가속력이 매우 빠름, 마찰 손실이 적음

응용: 모형차, 소형 실험차, 자기부상 모듈 기반 추진 시스템

2. 캡슐 압축 공기 추진 (Air Burst Drive)

원리: 압축된 공기를 노즐로 순간 분사해 추진력 생성

특징: 단거리 강력한 추진, 구조 단순, 환경 친화적

활용: 소형 레이싱 토이카, 드론 지상 이동 모드, 실험용 프로토타입

3. 스프링 복원력 기반 추진 (Elastic Drive)

원리: 스프링 또는 고무줄을 당겨놓은 후 복원력으로 추진

특징: 간단하고 가벼운 구조, 2초 내 2m 이동에 충분한 힘 제공 가능

활용: 교육용 자동차 모델, 친환경 무동력 자동차 설계

4. 플라이휠 에너지 저장(Flywheel Propulsion)

원리: 회전하는 플라이휠에 에너지를 저장했다가 순간적으로 바퀴에 전달

특징: 전기 없이도 짧은 시간 강한 추진 가능, 회전 에너지 기반

활용: 전동 RC카, 실험적 에너지 회수형 차량

5. 전자기 펄스 추진 (Electromagnetic Pulse Drive)

원리: 코일에 순간적으로 전류를 흘려 금속 코어를 밀어내는 방식

특징: 전자석의 순간적 강한 반발력으로 짧은 거리 빠르게 이동

활용: 과학실험용 미니카, 자기 코일건 형태의 단거리 추진체

6. 이온 팬(Plasma Micro Thruster) 보조형 차량

원리: 초소형 팬이나 플라즈마 이온 분사로 미세 추진력 발생

특징: 소형화, 친환경, 공기 저항 적은 구조에 유리

활용: 초경량 실험용 차량, 미래형 초미세 이동체 디자인 연구

7. 바퀴 자체 추진형 (Internal Motor Hub)

원리: 모터가 바퀴 내부에 있어 즉각적인 토크 전달 가능

특징: 반응속도가 빠르고 에너지 손실 적음

활용: 전동 킥보드, 전기 스케이트보드, 초소형 EV

8. 압축 가스 + 자기 반발 복합형 (Hybrid Pulse Drive)

원리: 순간적인 공기 분사와 자석 반발력을 동시에 사용

특징: 2초 내 2m 같은 짧은 거리 추진에 매우 적합, 제어 간단

활용: 모형 실험, 콘셉트카, 과학 공모전 아이디어