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     |

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