좌우 대칭으로 된 자의 무게 중심은 자의 한가운데 있다는 것을 쉽게 안다. 하지만 모양이 비대칭인 물체의 무게 중심은 어떻게 알 수 있을까? 물체의 무게 중심을 찾는 쉽고 간편한 과학 활동을 통하여 성공의 쾌감을 느끼고 즐거움과 함께 협동심, 자신감, 과학적 사고력을 키울 수 있다.
★ 막대의 중심을 찾아라
굵기가 일정한 긴 막대(또는 50cm 자)를 두 손가락 위에 올려놓고, 막대가 떨어지지 않도록 두 손가락을 중심 쪽으로 천천히 두 손가락이 모아질 때까지 움직인다. 손가락 대신 펜이나 이쑤시개를 이용하여 실험하면 더욱 효과적이다. 아하 ! 이게 왠 일인가? 두 손가락을 중심으로 움직이면 한 쪽이 움직일 때 다른 한 쪽은 정지해 있는 것을 관찰하게 된다. 신기하게도 물체의 중심에서 두 손가락(이쑤시개)이 만날 것이다.
이의 과학적 원리는 무엇일까? 벌어져 있던 양손의 집게손가락을 한 가운데로 모아 가는 동안 한 쪽의 손가락이 먼저 나아가게 된다. 그렇게 되면 먼저 나아간 쪽의 막대 끝에 중력이 걸리기 때문에 그 쪽 손가락에 걸리는 마찰이 커진다. 그러면 반대쪽 손가락의 마찰은 적어지기 때문에 빨리 나아가게 되어 균형을 잡게 된다. 즉, 많이 나아간 쪽의 손가락에 브레이크가 걸리고 덜 나아간 쪽의 손가락은 계속 나아가게 되어 결과적으로 양쪽 손가락은 같은 속도로 나아가게 되는 것이다. 그리하여 막대의 무게가 자동적으로 조절되기 때문에 막대는 떨어지지 않는데, 이와 같은 장치를 ‘피드백 장치’라고 한다.
★ 지도의 무게 중심을 찾아라
경상북도나 우리나라 지도를 두꺼운 종이에 붙인 다음 가위로 오려낸다. 비대칭 모양으로 된 지도의 무게 중심은 어디일까? 지도의 한 가장자리에서 실의 한쪽을 클립으로 고정하고 다른 한 쪽에는 고무 찰흙으로 추를 만든 실을 늘어뜨린다. 실이 멈춘 반대쪽에 표시를 하고, 실이 지나간 길을 선으로 표시한다. 지도의 다른 가장자리에서 같은 방법을 되풀이하여 실이 지나간 길을 선으로 표시하면 두선이 만나게 된다. 이 만나는 점은 무엇을 의미할까? 또 다른 가장자리를 같은 방법으로 실을 늘려 선을 그으면 세 선이 한 점을 지나게 된다. 이 점을 손가락으로 받쳐 보자. 놀랍게도 신기한 현상, 무게 중심을 찾을 수 있다.
★ 지폐 위에 동전을 세울 수 있을까?
빡빡한 새 지폐를 양손으로 잡아 일직선으로 편 다음, 그 위에 동전을 올려놓고 중심을 잡아 보자. 과연, 동전이 지폐 위에 세워질까? 동전을 지폐위에 세울 수 있는 방법은 무엇일까? 여러가지 방법으로 지폐 위의 동전이 균형을 잡을 수 있도록 실험해 보자.
그럼, 이번에는 지폐를 반으로 접어 직각 형태로 만들어 테이블 위에 세워 놓고, 직각 부분에 동전을 올려놓은 다음 지폐의 양끝을 잡은 상태에서 양쪽으로 완전히 직선이 되도록 서서히 잡아 당겨 보자. 150° 정도로 벌어졌을 때에는 손을 떼어도 동전이 지폐 위에 올라가 있을 것이다. 이 때, 입으로 지폐를 가볍게 불어 동전을 얹은 상태에서 지폐만 회전시켜 보자. 동전이 회전이 되는 이유는 무엇일까? 동전이 지폐 위에서 균형을 잡는 이유는 막대 중심 잡기와 같은 피드백 원리이다. 지폐의 양끝을 움직이면 빨리 움직인 쪽으로 10원 짜리 동전의 중력이 옮겨가 그 쪽에 브레이크가 걸리므로 반대쪽의 속도가 빨라진다. 이 같은 현상의 반복으로 동전은 균형을 잡을 수 있어서 지폐 위에 균형을 잡을 수 있는 것이다. 동전이 중심을 잃고 바닥으로 떨어진다면 다시 실험해 보자. 성공할 때까지 되풀이 하여 온 가족이 즐겁게 경기를 할 수도 있다.
모든 물체에는 무게 중심이 있다. 무게 중심이 그 물체를 받치고 있는 곳이나 매달린 곳을 연직으로 지나는 선 위에 있어야 물체는 균형을 잡고 안정하게 서 있을 수 있다. 예를 들어 사람이 땅 위에 안정하게 서 있으려면 사람을 받치고 있는 발바닥의 면 연직 위쪽에 무게 중심이 놓여야 한다. 몸을 앞으로 계속 기울이면 쓰러지는데 이것은 사람의 무게 중심이 사람을 받치고 있는 발바닥의 바깥쪽으로 나가기 때문이다. 또한 스케이트를 처음 타는 사람은 서 있기조차 힘이 드는데 이것은 사람 몸을 받치고 있는 면의 면적이 너무 좁아 무게 중심이 그 안에 있기가 어렵기 때문이다. 시소 타기 놀이의 경우 어느 한쪽이 지나치게 무거우면 전체 무게 중심이 받침점 바깥쪽(무거운 쪽)에 있게 되므로 시소 놀이를 할 수가 없는 것도 같은 원리이다.