각 운동량 보존법칙을 이용해서 아이 놀아주기

아무런 힘을 주지 않은 상태에서 스스로 더 빨라지는 일을 보신 적이 있나요?
자체의 추진력이 없으면 불가능한 일이지만, 회전 운동에서는 가능한 일입니다.

고전역학의 주요 전제인 운동량 보존의 법칙이 있습니다. 선형 운동량과 각 운동량은 각각 보존이 된다는 겁니다.
이중 각 운동량 보존의 법칙 (Conservation of angular momentum)은 아래처럼 표현됩니다.

L = r * m * v = constant
  r: 반지름
  m: 질량
  v: 선단 속도

질량이 변하지 않는다치면, 회전하는 물체에서 무게중심의 반지름이 줄어들면 각운동량 (회전 모멘텀)이 보존되는 원리에 의해 속도 v가 빨라집니다.
흔히 드는 예가 스케이팅 선수지요. 팔을 벌리고 회전하다가 팔을 몸쪽으로 감거나 하늘로 당기면 점점 회전이 빨라지는 광경입니다. (사례, http://www.bsharp.org/physics/stuff/skater.html)

이것을 어떻게 놀이에 응용할까요.
놀이터에 보면 회전틀이 있습니다.

아이를 가운데 축에 가까운 위치에 타게 하고, 어른이 힘껏 돌립니다.
달리며 돌리다 원판의 가장자리에 올라탑니다.
그리고 봉을 잡고 몸을 옮겨 축쪽에 섭니다.
이러면 회전틀이 미친듯이 빨라집니다. 식에서 보듯 반지름이 반으로 줄면 속도가 두배니까요.

아이가 넋 놓고 있으면 튕겨져 나갈정도로 위험합니다.
무사히 있어도 구토가 나올정도로 어지러울 때도 있습니다. -_-

저는 너무 세게는 안해주지만, 하고 나서 원리를 이야기 해줍니다.
아이들은 식 없이도 대충 이해를 합니다. 경험했기 때문에.
날이 따뜻할 때 아이들과 함께 해보셔도 재미있을겁니다.

놀이터에서 많이 놀아보신 분은 체험적으로 알 내용이지만, 의외로 모르는 분이 많아서 글로 적어봤습니다.