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1단계: 기본 개념 정리

고무줄 동력: 고무줄을 돌려 에너지를 저장하고, 풀리면서 바퀴를 돌려 자동차를 움직임

풍선 추진력: 풍선에 바람을 넣고 바람이 빠져나가면서 반작용 힘으로 밀어줌

이 둘이 합쳐진 자동차가 ‘하이브리드’ 자동차 모형이에요.

2단계: 필요한 재료

작은 바퀴 4개 (장난감 자동차용 바퀴 추천)

나무 젓가락, 플라스틱 막대 또는 두꺼운 종이로 만든 차체

고무줄 (탄성이 좋은 것)

풍선 1~2개

빨대 (풍선 바람이 빠져나갈 통로 만들기용)

테이프, 가위, 풀 등 접착 도구

3단계: 만들기 설계

(1) 차체 만들기

나무 젓가락이나 플라스틱 막대 등을 직사각형 모양으로 붙여 기본 차체 틀을 만든다.

바퀴 4개를 앞뒤로 고정할 수 있게 축을 끼울 자리 확보.

(2) 고무줄 동력 장치

차체 앞쪽이나 뒷쪽에 고무줄을 축에 감는다.

바퀴나 축에 고무줄을 고정해서, 고무줄을 손으로 돌려 감을 수 있게 한다.

고무줄을 풀면 축이 돌아가면서 바퀴가 굴러 자동차가 앞으로 나감.

(3) 풍선 추진 장치

자동차 뒤쪽에 풍선을 달고, 풍선 입구에 빨대를 연결해서 바람이 한 방향으로만 빠져나가게 한다.

풍선을 바람이 빠지도록 미리 불어 놓는다.

(4) 결합

고무줄 동력을 먼저 감아놓고, 풍선에 바람을 넣은 상태로 시작.

동시에 고무줄을 풀면서 풍선 바람도 빠져나가면, 두 힘이 합쳐져 자동차가 앞으로 직진!

4단계: 작동 원리 확인

고무줄의 탄성 에너지 + 풍선의 공기 추진력이 더해져 이동 거리가 늘어남

전기 없이, 친환경 에너지원으로만 움직임

5단계: 추가 아이디어

바퀴 축에 방향을 고정해서 직진만 하도록 설계

풍선 바람 나오는 구멍 크기로 추진력 조절

고무줄 감는 횟수로 힘 조절

| 바퀴 4개            | 이동용    | 잘 굴러가는 장난감용 바퀴 추천 (같은 크기로 4개)  |

| 나무 젓가락 / 플라스틱 막대 | 차체 및 축 | 길고 가벼운 재료. 나무 젓가락이 가장 흔함       |

| 고무줄              | 동력 제공  | 잘 늘어나고 튼튼한 것 사용. 너무 얇으면 금방 끊어짐 |

| 풍선 1\~2개         | 추진력    | 일반 생일풍선 OK. 입구가 너무 작은 것은 피하기   |

| 빨대               | 바람 통로  | 풍선에 연결해 바람을 원하는 방향으로 뺌         |

| 테이프, 가위, 풀       | 조립 도구  | 테이프는 꼭 단단히 고정할 수 있는 것으로 사용     |

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핵심 아이디어(추천)

고무줄 동력(러버밴드 드라이브, 고무줄-차축 감기 방식) — 구조가 단순하고 제어하기 쉽고, 전기 없이 정확하게 거리(2m)를 맞추기 쉬움. 거리를 기계적(드럼 직경 × 회전수)으로 계산해 목표를 맞출 수 있다.

설계 사양(권장)

차체 크기(완성): 가로 10–12 cm × 세로 18–22 cm × 높이 5–7 cm

바퀴 지름: 3.5–4.0 cm (플라스틱 캡·우드디스크 등)

구동 방식: 후륜 직결 구동(차축에 드럼을 만들어 고무줄 감음)

드럼(고무줄 감는 원통) 권장 지름: 1.0 cm (아래 계산 참조)

목표 거리: 200 cm (2.00 m)

중요 물리 계산(한 번에 명확하게)

드럼 1.0 cm 지름의 원주 = π × d = 3.1416 × 1.0 cm = 3.1416 cm/회전.
따라서 200 cm 가려면 필요한 축 회전수 = 200 / 3.1416 ≈ 63.66 회전 → 약 64회전.
따라서 드럼 1 cm로 설계하면 고무줄을 약 64회 감으면(풀릴 때 차가 2m) 목표에 도달한다(실제 손실·미끄러짐 고려해 약간 여유분 포함).

계산은 자리수 하나하나 확인했어 — 필요하면 드럼 지름을 바꿔 회전수 조정 가능.

재료 목록 (쉬운 구하기)

차체용 두꺼운 골판지 / 우유팩(말린 것) / 가볍고 튼튼한 플라스틱 판

바퀴 4개 (직경 3.5–4 cm) — 플라스틱 캡, 우드디스크, 레고 바퀴 등

축용 나무 꼬치(우드스커어) 또는 금속 막대(길이 차체 폭 + 여유)

빨대 2개(축 베어링 대체용 슬리브)

작은 나무봉(또는 빨대+테이프)로 드럼(지름 1.0 cm × 길이 1.5–2 cm) 제작

강한 고무줄 여러 개(혹은 두꺼운 러버밴드)

접착제(글루건 또는 목공풀), 테이프, 칼/가위, 자, 연필

(선택) 작고 가벼운 고정핀·와셔 — 바퀴 고정용

조립 단계 (세부)

1. 차체 베이스 자르기

골판지로 22 cm × 12 cm 바닥판 준비. 앞·뒤에 바퀴 지지대(트레이치형) 접어 고정.

2. 축 만들기 및 베어링 포인트

앞·뒤 축 위치를 바닥판 앞뒤 끝에서 각각 2 cm 안쪽에 표시.

빨대를 가로로 붙여 빨대가 축을 부드럽게 돌릴 수 있게 한다(빨대는 차체에 글루로 고정).

3. 바퀴 고정

우드스커어(또는 금속축)를 빨대를 통과시켜 바퀴를 꽂고, 양쪽에 와셔 또는 테이프로 고정. 바퀴가 축에서 서걱거리지 않게 조절.

앞바퀴와 뒷바퀴 모두 축이 정확히 평행이 되도록 유심히 맞춘다(직진성에 핵심).

4. 드럼(고무줄 감는 원통) 설치 — 후륜 축에

후륜 축(구동축)에 길이 1.5–2 cm, 지름 1.0 cm의 작은 원통을 끼운다. (빨대 자른 것에 테이프 감아 지름 조정 가능)

드럼 표면에 고무줄이 미끄러지지 않게 얇은 홈(테이프 감기) 만들기.

5. 고무줄 연결 구조

차체 앞쪽(또는 고정 지점)에 고무줄의 다른 쪽 고정점을 만든다(작은 후크나 구멍).

고무줄을 드럼에 약 64회 감고(테스트 전엔 먼저 40회로 시도), 앞쪽 고정에 걸어둔다.

6. 발사(출발) 방식

출발할 때는 누르개(핀)을 드럼에 끼워 고무줄을 고정시킨 다음, 누르개를 빼면 고무줄이 풀리며 축이 회전 → 바퀴 구동.

누르개 대신 간단한 핀·클립 래치를 만들어 고정/해제한다.

7. 안정장치(직진성 보정)

앞바퀴와 뒷바퀴 축이 정확히 평행인지 다시 확인.

바퀴의 타이어 표면(테이프) 균일하게 붙이기.

바닥면과 차체 무게 중심이 낮아지게(무게 중심 앞뒤 균형) 무게 조절.

제작 팁(직진 2m 성공률 올리기)

1. 축 평행이 제일 중요 — 축 2개가 0.5°라도 비틀리면 2m 이상 가기 전에 크게 치우침. 자로 축 끝을 같은 선에 맞춰 확인.

2. 바퀴 마찰 최소화 — 빨대 슬리브와 축 사이가 너무 빡빡하면 회전 손실이 커짐. 하지만 너무 헐거우면 축이 흔들림. 적절히 조절.

3. 드럼 지름 정확하게 만들기 — 계산 기반으로 회전수 맞추려면 드럼 지름을 정확히 1.0 cm로 맞추거나, 실제 드럼 지름을 재서 필요한 회전수 계산.

4. 테스트·조정은 단계별로 — 처음엔 20–30회 감아 시범 주행(거리가 얼마인지 확인) → 회전수 보정.

5. 발사 표면 일정하게 — 출발을 같은 표면(같은 바닥)에서 반복해야 재현성 있음.

6. 가이드 레일 사용 가능 — 수업 규칙상 허용되면 straight wooden rail(또는 책 두 권 사이 좁은 홈)로 첫 30 cm를 가이드하면

문제 해결(자주 생기는 문제와 해결법)

거리가 너무 짧음 → 드럼 회전수 증가(더 감는다) 또는 드럼 지름 줄이기(같은 감을 더 많은 회전으로).

거리가 너무 길음(2m 넘음) → 회수 줄이기 또는 드럼 지름 늘리기.

직진하지 않음(치우침) → 축 정렬 재점검, 바퀴 균형(한쪽 바퀴가 더 두껍진 않은지), 앞바퀴가 비틀린지 확인.

고무줄이 미끄러짐 → 드럼 표면에 테이프 감아 접지력 증가.

출발 시 바퀴가 빠르게 끊겨 출발충격 → 고무줄 장력 분산을 위해 두 개의 고무줄을 병렬로 사용.

다른 추진 대안(간단 비교)

1. 풍력(종이돛/풍차) — 바람이 안정적으로 불면 좋지만 교실 내 제어 어려움.

2. 풍선 추진(풍선 배기) — 만들기 쉬움, 소음·바람 방향·연속성 문제, 직진 보정 필요.

3. 쥐덫(마우스트랩) 동력 — 강력하고 짧은 시간 가속에 좋음(위험성·파손 주의).

4. 화학 반응(CO₂ 발생: 식초+베이킹소다) — 강한 추진 가능하지만 통제·안전 문제(가스 누출, 압력)로 교사 허가 필요.

5.  스프링 추진 (태엽 원리)

원리: 완구에서 쓰이는 스프링을 감았다가 풀면서 바퀴를 굴림.

장점: 속도가 일정하고 비교적 안정적.

단점: 스프링 준비가 필요함.

친환경 요소: 오래된 기계 장난감에서 부품 재활용.

발표용 포인트(간단)

설계 의도: 전기 없이 기계적 에너지(고무줄 저장)를 이용해 정확히 2 m 주행.

물리 원리: 탄성력(고무줄) → 회전 운동(차축) → 선형 이동(바퀴).

실험 결과: 드럼 지름/회전수와 거리 관계 그래프(간단히 표+막대 그래프).

개선점: 드럼 재질 정밀화, 회전수 고정 장치(클릭 스톱), 낮은 마찰 베어링 도입.

고무줄 자동차의 원리 그림

탄성 에너지 활용

고무줄 또는 대체 탄성체(천줄, 종이 꼬임줄 등)에 에너지를 저장하고, 풀리면서 자동차의 바퀴를 굴려 전진

탄성 에너지가 회전 에너지로 변환되는 원리

2. 마찰 최소화

바퀴 축과 바닥의 마찰을 줄여 직진성을 높임

바퀴는 지름을 크게(약 10cm) 설계하여 적은 회전으로 더 멀리 이동 가능

3. 친환경 요소

자동차 몸체: 버려진 종이박스, 아이스크림 막대 활용

바퀴: CD, 뚜껑, 두꺼운 종이 원판 재활용

추진력: 전기 대신 탄성·공기압(풍선/페트병)·중력 등 자연 에너지 활용

3. 설계 방법 (예시: 고무줄 자동차)

차체: 박스 판자(15cm × 10cm)

바퀴: CD 4개 (앞·뒤 축에 각각 2개씩 고정)

축: 나무젓가락 또는 철사 막대

드럼: 작은 빨대 조각이나 병뚜껑 → 고무줄을 감는 부분

고무줄: 한쪽은 앞쪽 고리에 고정, 다른 쪽은 드럼에 감아서 에너지 저장

5. 예상 결과

지름 10cm 바퀴 기준 → 6~7바퀴 회전 시 약 2m 주행 가능

직진성은 바퀴 정렬과 차체 균형에 따라 달라짐

친환경 재료를 사용함으로써 환경 보호 + 과학적 원리 이해 효과

설명이랑 이유:

내가 기본 세팅으로 r_drum = 0.005 m(지름 1.0 cm)와 r_wheel = 0.04 m를 사용했어. 드럼이 너무 작으면 고무줄이 만들어내는 구동력이 바퀴에 제대로 전달되지 않을 수 있어(또는 모델 내 파라미터 조합 때문에 driving force가 구름마찰과 공기저항보다 작아 차량이 거의 움직이지 않았어).

이 모델은 간단화한 물리 모델이라 파라미터를 조절하면 현실적인 결과(약 2 m)가 나오게 만들 수 있어.

고무줄 자동차 만드는 방법 영상들

https://youtu.be/0rPeaqoQ9Ys?si=iIK7viAsBErDX5ug

https://youtu.be/_xOE6mjFVcw?si=P_KWNPVdBMF98dn4