작품번호

1516

제57회 전국과학전람회

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까

출품분야 학생부 출품부문 지구과학

2011 7

구 분 성 명

출품학생 김 세 현

지도교사 윤 홍 철

- 차 례 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 탐구 동기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 탐구 과제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

3 전문 용어 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

Ⅱ 탐구의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

1 탐구의 절차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

2 탐구의 주안점 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

3 탐구 기간 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

4 탐구 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

Ⅲ 사전 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

1 곤파스 태풍의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

2 우리고장 지리적 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

3 우리고장의 소나무 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

Ⅳ 탐구 과정 및 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

- 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 10

- 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계 12

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

- 우리고장 주풍의 성질 15

- 태풍과 주풍의 비교 자료 제작 17

2 소나무가 부러지는 조건 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

- 소나무가 부러진 현장조사 20

- 소나무가 부러지는 조건 검증 실험 23

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

- 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계 27

- 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구 29

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

- 소나무 줄기의 비틀림 탐구 33

- 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구 35

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계 39

- 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작 44

Ⅴ 탐구 요약 및 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

1 탐구 요약 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

2 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

3 탐구를 마치며 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

참고자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- 표 차 례 -

lt표 1gt 탐구 일정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

lt표 5gt 월별 기상관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

lt표 6gt 소나무속 주요 수종 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

lt표 7gt 탐구지역 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

- 그 림 차 례 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 2] 태풍 진행방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 3] 소나무의 지방별 수형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 10] 바람장미 그림 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 13] 바람벡터 시각화자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 14] 수고 길이 계산 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 20] 풍속 변화 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 23] 모형줄기의 부러짐 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 26] 철사 끊기와의 공통점 찾기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 27] 진동폭의 변화 원리 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 29] 소나무 줄기의 단면 자르기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 32] 비틀려 부러진 소나무 줄기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 33] 수관형태 탐구 조사지역 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

[그림 38] 방문 열고 닫기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 39] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

- 1 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제

1 탐구 동기

지난 2010년 9월 2일 새벽 4시경 엄청난 바람소리와 함께 세상이 뒤집어지는 듯

한 공포가 느껴졌다 전기도 끊어져 암흑 천지에 간신히 찾은 자그마한 촛불에 의

지하여 두 손 잡고 기도밖에 할 수 없는 무서운 상황이었다 2시간 넘게 요동을 쳤

던 태풍이 훱쓸고 간 마을의 모습은 마치 전쟁터를 방불케 하였다

아침 등교길에 버스 안에서 바라본 세상은 더욱 참혹하였다 산에 우뚝 서 있던 소

나무들이 우수수 허리가 꺾여 부러져 있는 모습을 보고 태풍의 위력을 실감하게 되었

다 더군다나 그 큰 소나무가 빨래 쥐어짜듯이 비틀려 있는 것을 보고 태풍의 무서움

을 느끼면서 lsquo어떻게 태풍이 나무를 비틀었을까rsquo 라는 호기심을 가지게 되었다

호기심을 해결하기 위해 학교 선생님들께 질문을 하였더니 비틀려 부러진 소나무

의 원인을 두고 태풍 바람이 회오리처럼 불어와서 비틀렸다는 대답과 원래 소나무

줄기가 비틀려 있어서 넘어질 때 비틀려 넘어진 것처럼 보인다는 이야기를 듣게 되

었다 또한 소나무 잎들이 한쪽 방향으로 넓게 퍼져 있어 바람에 의해 한쪽 방향으

로 돌면서 부러졌다는 등 여러 가지 대답을 듣게 되었다

어떤 대답이 맞는지 알 수가 없었다 lsquo태풍이냐 소나무냐 소나무냐 태풍이냐rsquo

태풍 때문이라면 태풍에는 어떤 비밀이 있을까 라는 고민 끝에 lsquo곤파스 태풍에 부

러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 라는 본 탐구를 시작하게 되었다

2 탐구 과제

태풍의 성질과 비틀려 부러진 소나무와의 관계를 탐구하고 태풍의 성질이 소나무

가 비틀려 부러지는데 영향을 주었는지 탐구해 보고자 한다

가 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍의 세기와 방향의 변화 등 태풍의 성질을 알아본다

∘ 곤파스 태풍과 우리고장 주풍의 차이점을 탐구한다

나 소나무가 부러지는 조건을 탐구한다

∘ 소나무가 부러지는 수형의 특징을 탐구한다

∘ 태풍의 급격한 풍속 변화로 소나무가 부러지는 관계를 탐구한다

다 곤파스 태풍에 비틀려 부러진 소나무의 원인을 탐구한다

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘을 탐구한다

- 2 -

3 전문 용어 탐구

본 설명서에서 반복되어 사용되는 용어간의 차이와 쉽게 이해하기 어려운 전문용어

들의 이해를 돕고자 다음과 같은 용어로 통일하여 사용하였다

가 바람

1) 태풍

최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압

2) 주풍

일정한 지역에 늘 부는 바람

3) 풍압

바람이 물체를 미는 힘으로 공기 밀도 바람을 맞는 면적 풍속의 제곱에 비례한다

4) 풍속

공기의 운동을 바람이라 하고 공기가 단위시간에 움직이는 거리를 속도로 나타낸

것이 풍속이다 보통은 ms로 나타내며 관측시간 전 10분간의 평균풍속을 그 시각의

풍속으로 하고 있다 풍속은 지면으로부터 높이에 따라 다르므로 지상 10m 위치의

풍속을 표준으로 한다 이보다 낮은 높이에서는 지면마찰의 영향으로 풍속이 작아지

고 높은 높이에서는 커진다 그러나 관측위치와 조건에 따라 예외적인 면도 있다

나 소나무

1) 소나무

소나무과에는 여러 종류가 있으나 본 설명서에서는 중남부평지형의 고유수형을

가진 2엽송으로 본 탐구를 할 때 활용한 우리 고장에 분포된 소나무를 가리킨다

이는 수관고가 낮고 넓게 퍼지며 지하고가 높은 특징을 가진다

2) 수고

지면에서부터 가지 끝까지의 나무 총 길이

3) 수관

나무의 줄기와 잎이 많이 달려 있는 줄기의 윗부분

4) 수관고

수관의 높이

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 4 -

2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 차 례 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

1 탐구 동기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

2 탐구 과제 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot1

3 전문 용어 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot2

Ⅱ 탐구의 개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

1 탐구의 절차 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot3

2 탐구의 주안점 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot4

3 탐구 기간 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

4 탐구 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

Ⅲ 사전 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

1 곤파스 태풍의 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

2 우리고장 지리적 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

3 우리고장의 소나무 특성 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

Ⅳ 탐구 과정 및 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

- 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 10

- 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계 12

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

- 우리고장 주풍의 성질 15

- 태풍과 주풍의 비교 자료 제작 17

2 소나무가 부러지는 조건 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

- 소나무가 부러진 현장조사 20

- 소나무가 부러지는 조건 검증 실험 23

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

- 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계 27

- 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구 29

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

- 소나무 줄기의 비틀림 탐구 33

- 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구 35

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계 39

- 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작 44

Ⅴ 탐구 요약 및 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

1 탐구 요약 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

2 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

3 탐구를 마치며 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

참고자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- 표 차 례 -

lt표 1gt 탐구 일정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

lt표 5gt 월별 기상관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

lt표 6gt 소나무속 주요 수종 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

lt표 7gt 탐구지역 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

- 그 림 차 례 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 2] 태풍 진행방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 3] 소나무의 지방별 수형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 10] 바람장미 그림 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 13] 바람벡터 시각화자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 14] 수고 길이 계산 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 20] 풍속 변화 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 23] 모형줄기의 부러짐 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 26] 철사 끊기와의 공통점 찾기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 27] 진동폭의 변화 원리 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 29] 소나무 줄기의 단면 자르기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 32] 비틀려 부러진 소나무 줄기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 33] 수관형태 탐구 조사지역 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

[그림 38] 방문 열고 닫기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 39] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

- 1 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제

1 탐구 동기

지난 2010년 9월 2일 새벽 4시경 엄청난 바람소리와 함께 세상이 뒤집어지는 듯

한 공포가 느껴졌다 전기도 끊어져 암흑 천지에 간신히 찾은 자그마한 촛불에 의

지하여 두 손 잡고 기도밖에 할 수 없는 무서운 상황이었다 2시간 넘게 요동을 쳤

던 태풍이 훱쓸고 간 마을의 모습은 마치 전쟁터를 방불케 하였다

아침 등교길에 버스 안에서 바라본 세상은 더욱 참혹하였다 산에 우뚝 서 있던 소

나무들이 우수수 허리가 꺾여 부러져 있는 모습을 보고 태풍의 위력을 실감하게 되었

다 더군다나 그 큰 소나무가 빨래 쥐어짜듯이 비틀려 있는 것을 보고 태풍의 무서움

을 느끼면서 lsquo어떻게 태풍이 나무를 비틀었을까rsquo 라는 호기심을 가지게 되었다

호기심을 해결하기 위해 학교 선생님들께 질문을 하였더니 비틀려 부러진 소나무

의 원인을 두고 태풍 바람이 회오리처럼 불어와서 비틀렸다는 대답과 원래 소나무

줄기가 비틀려 있어서 넘어질 때 비틀려 넘어진 것처럼 보인다는 이야기를 듣게 되

었다 또한 소나무 잎들이 한쪽 방향으로 넓게 퍼져 있어 바람에 의해 한쪽 방향으

로 돌면서 부러졌다는 등 여러 가지 대답을 듣게 되었다

어떤 대답이 맞는지 알 수가 없었다 lsquo태풍이냐 소나무냐 소나무냐 태풍이냐rsquo

태풍 때문이라면 태풍에는 어떤 비밀이 있을까 라는 고민 끝에 lsquo곤파스 태풍에 부

러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 라는 본 탐구를 시작하게 되었다

2 탐구 과제

태풍의 성질과 비틀려 부러진 소나무와의 관계를 탐구하고 태풍의 성질이 소나무

가 비틀려 부러지는데 영향을 주었는지 탐구해 보고자 한다

가 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍의 세기와 방향의 변화 등 태풍의 성질을 알아본다

∘ 곤파스 태풍과 우리고장 주풍의 차이점을 탐구한다

나 소나무가 부러지는 조건을 탐구한다

∘ 소나무가 부러지는 수형의 특징을 탐구한다

∘ 태풍의 급격한 풍속 변화로 소나무가 부러지는 관계를 탐구한다

다 곤파스 태풍에 비틀려 부러진 소나무의 원인을 탐구한다

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘을 탐구한다

- 2 -

3 전문 용어 탐구

본 설명서에서 반복되어 사용되는 용어간의 차이와 쉽게 이해하기 어려운 전문용어

들의 이해를 돕고자 다음과 같은 용어로 통일하여 사용하였다

가 바람

1) 태풍

최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압

2) 주풍

일정한 지역에 늘 부는 바람

3) 풍압

바람이 물체를 미는 힘으로 공기 밀도 바람을 맞는 면적 풍속의 제곱에 비례한다

4) 풍속

공기의 운동을 바람이라 하고 공기가 단위시간에 움직이는 거리를 속도로 나타낸

것이 풍속이다 보통은 ms로 나타내며 관측시간 전 10분간의 평균풍속을 그 시각의

풍속으로 하고 있다 풍속은 지면으로부터 높이에 따라 다르므로 지상 10m 위치의

풍속을 표준으로 한다 이보다 낮은 높이에서는 지면마찰의 영향으로 풍속이 작아지

고 높은 높이에서는 커진다 그러나 관측위치와 조건에 따라 예외적인 면도 있다

나 소나무

1) 소나무

소나무과에는 여러 종류가 있으나 본 설명서에서는 중남부평지형의 고유수형을

가진 2엽송으로 본 탐구를 할 때 활용한 우리 고장에 분포된 소나무를 가리킨다

이는 수관고가 낮고 넓게 퍼지며 지하고가 높은 특징을 가진다

2) 수고

지면에서부터 가지 끝까지의 나무 총 길이

3) 수관

나무의 줄기와 잎이 많이 달려 있는 줄기의 윗부분

4) 수관고

수관의 높이

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

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2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

- 소나무 줄기의 비틀림 탐구 33

- 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구 35

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계 39

- 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작 44

Ⅴ 탐구 요약 및 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

1 탐구 요약 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

2 결론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

3 탐구를 마치며 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

참고자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

- 표 차 례 -

lt표 1gt 탐구 일정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot5

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot6

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

lt표 5gt 월별 기상관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8

lt표 6gt 소나무속 주요 수종 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

lt표 7gt 탐구지역 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot13

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot18

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

- 그 림 차 례 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 2] 태풍 진행방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 3] 소나무의 지방별 수형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 10] 바람장미 그림 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 13] 바람벡터 시각화자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 14] 수고 길이 계산 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 20] 풍속 변화 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 23] 모형줄기의 부러짐 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 26] 철사 끊기와의 공통점 찾기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 27] 진동폭의 변화 원리 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 29] 소나무 줄기의 단면 자르기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 32] 비틀려 부러진 소나무 줄기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 33] 수관형태 탐구 조사지역 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

[그림 38] 방문 열고 닫기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 39] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

- 1 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제

1 탐구 동기

지난 2010년 9월 2일 새벽 4시경 엄청난 바람소리와 함께 세상이 뒤집어지는 듯

한 공포가 느껴졌다 전기도 끊어져 암흑 천지에 간신히 찾은 자그마한 촛불에 의

지하여 두 손 잡고 기도밖에 할 수 없는 무서운 상황이었다 2시간 넘게 요동을 쳤

던 태풍이 훱쓸고 간 마을의 모습은 마치 전쟁터를 방불케 하였다

아침 등교길에 버스 안에서 바라본 세상은 더욱 참혹하였다 산에 우뚝 서 있던 소

나무들이 우수수 허리가 꺾여 부러져 있는 모습을 보고 태풍의 위력을 실감하게 되었

다 더군다나 그 큰 소나무가 빨래 쥐어짜듯이 비틀려 있는 것을 보고 태풍의 무서움

을 느끼면서 lsquo어떻게 태풍이 나무를 비틀었을까rsquo 라는 호기심을 가지게 되었다

호기심을 해결하기 위해 학교 선생님들께 질문을 하였더니 비틀려 부러진 소나무

의 원인을 두고 태풍 바람이 회오리처럼 불어와서 비틀렸다는 대답과 원래 소나무

줄기가 비틀려 있어서 넘어질 때 비틀려 넘어진 것처럼 보인다는 이야기를 듣게 되

었다 또한 소나무 잎들이 한쪽 방향으로 넓게 퍼져 있어 바람에 의해 한쪽 방향으

로 돌면서 부러졌다는 등 여러 가지 대답을 듣게 되었다

어떤 대답이 맞는지 알 수가 없었다 lsquo태풍이냐 소나무냐 소나무냐 태풍이냐rsquo

태풍 때문이라면 태풍에는 어떤 비밀이 있을까 라는 고민 끝에 lsquo곤파스 태풍에 부

러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 라는 본 탐구를 시작하게 되었다

2 탐구 과제

태풍의 성질과 비틀려 부러진 소나무와의 관계를 탐구하고 태풍의 성질이 소나무

가 비틀려 부러지는데 영향을 주었는지 탐구해 보고자 한다

가 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍의 세기와 방향의 변화 등 태풍의 성질을 알아본다

∘ 곤파스 태풍과 우리고장 주풍의 차이점을 탐구한다

나 소나무가 부러지는 조건을 탐구한다

∘ 소나무가 부러지는 수형의 특징을 탐구한다

∘ 태풍의 급격한 풍속 변화로 소나무가 부러지는 관계를 탐구한다

다 곤파스 태풍에 비틀려 부러진 소나무의 원인을 탐구한다

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘을 탐구한다

- 2 -

3 전문 용어 탐구

본 설명서에서 반복되어 사용되는 용어간의 차이와 쉽게 이해하기 어려운 전문용어

들의 이해를 돕고자 다음과 같은 용어로 통일하여 사용하였다

가 바람

1) 태풍

최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압

2) 주풍

일정한 지역에 늘 부는 바람

3) 풍압

바람이 물체를 미는 힘으로 공기 밀도 바람을 맞는 면적 풍속의 제곱에 비례한다

4) 풍속

공기의 운동을 바람이라 하고 공기가 단위시간에 움직이는 거리를 속도로 나타낸

것이 풍속이다 보통은 ms로 나타내며 관측시간 전 10분간의 평균풍속을 그 시각의

풍속으로 하고 있다 풍속은 지면으로부터 높이에 따라 다르므로 지상 10m 위치의

풍속을 표준으로 한다 이보다 낮은 높이에서는 지면마찰의 영향으로 풍속이 작아지

고 높은 높이에서는 커진다 그러나 관측위치와 조건에 따라 예외적인 면도 있다

나 소나무

1) 소나무

소나무과에는 여러 종류가 있으나 본 설명서에서는 중남부평지형의 고유수형을

가진 2엽송으로 본 탐구를 할 때 활용한 우리 고장에 분포된 소나무를 가리킨다

이는 수관고가 낮고 넓게 퍼지며 지하고가 높은 특징을 가진다

2) 수고

지면에서부터 가지 끝까지의 나무 총 길이

3) 수관

나무의 줄기와 잎이 많이 달려 있는 줄기의 윗부분

4) 수관고

수관의 높이

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

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2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 그 림 차 례 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 2] 태풍 진행방향 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7

[그림 3] 소나무의 지방별 수형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot9

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot10

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

[그림 10] 바람장미 그림 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 13] 바람벡터 시각화자료 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot17

[그림 14] 수고 길이 계산 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot20

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot27

[그림 20] 풍속 변화 장치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot29

[그림 23] 모형줄기의 부러짐 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 26] 철사 끊기와의 공통점 찾기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 27] 진동폭의 변화 원리 탐구 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

[그림 29] 소나무 줄기의 단면 자르기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 32] 비틀려 부러진 소나무 줄기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

[그림 33] 수관형태 탐구 조사지역 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot36

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot37

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot39

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

[그림 38] 방문 열고 닫기 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

[그림 39] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

- 1 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제

1 탐구 동기

지난 2010년 9월 2일 새벽 4시경 엄청난 바람소리와 함께 세상이 뒤집어지는 듯

한 공포가 느껴졌다 전기도 끊어져 암흑 천지에 간신히 찾은 자그마한 촛불에 의

지하여 두 손 잡고 기도밖에 할 수 없는 무서운 상황이었다 2시간 넘게 요동을 쳤

던 태풍이 훱쓸고 간 마을의 모습은 마치 전쟁터를 방불케 하였다

아침 등교길에 버스 안에서 바라본 세상은 더욱 참혹하였다 산에 우뚝 서 있던 소

나무들이 우수수 허리가 꺾여 부러져 있는 모습을 보고 태풍의 위력을 실감하게 되었

다 더군다나 그 큰 소나무가 빨래 쥐어짜듯이 비틀려 있는 것을 보고 태풍의 무서움

을 느끼면서 lsquo어떻게 태풍이 나무를 비틀었을까rsquo 라는 호기심을 가지게 되었다

호기심을 해결하기 위해 학교 선생님들께 질문을 하였더니 비틀려 부러진 소나무

의 원인을 두고 태풍 바람이 회오리처럼 불어와서 비틀렸다는 대답과 원래 소나무

줄기가 비틀려 있어서 넘어질 때 비틀려 넘어진 것처럼 보인다는 이야기를 듣게 되

었다 또한 소나무 잎들이 한쪽 방향으로 넓게 퍼져 있어 바람에 의해 한쪽 방향으

로 돌면서 부러졌다는 등 여러 가지 대답을 듣게 되었다

어떤 대답이 맞는지 알 수가 없었다 lsquo태풍이냐 소나무냐 소나무냐 태풍이냐rsquo

태풍 때문이라면 태풍에는 어떤 비밀이 있을까 라는 고민 끝에 lsquo곤파스 태풍에 부

러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 라는 본 탐구를 시작하게 되었다

2 탐구 과제

태풍의 성질과 비틀려 부러진 소나무와의 관계를 탐구하고 태풍의 성질이 소나무

가 비틀려 부러지는데 영향을 주었는지 탐구해 보고자 한다

가 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍의 세기와 방향의 변화 등 태풍의 성질을 알아본다

∘ 곤파스 태풍과 우리고장 주풍의 차이점을 탐구한다

나 소나무가 부러지는 조건을 탐구한다

∘ 소나무가 부러지는 수형의 특징을 탐구한다

∘ 태풍의 급격한 풍속 변화로 소나무가 부러지는 관계를 탐구한다

다 곤파스 태풍에 비틀려 부러진 소나무의 원인을 탐구한다

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘을 탐구한다

- 2 -

3 전문 용어 탐구

본 설명서에서 반복되어 사용되는 용어간의 차이와 쉽게 이해하기 어려운 전문용어

들의 이해를 돕고자 다음과 같은 용어로 통일하여 사용하였다

가 바람

1) 태풍

최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압

2) 주풍

일정한 지역에 늘 부는 바람

3) 풍압

바람이 물체를 미는 힘으로 공기 밀도 바람을 맞는 면적 풍속의 제곱에 비례한다

4) 풍속

공기의 운동을 바람이라 하고 공기가 단위시간에 움직이는 거리를 속도로 나타낸

것이 풍속이다 보통은 ms로 나타내며 관측시간 전 10분간의 평균풍속을 그 시각의

풍속으로 하고 있다 풍속은 지면으로부터 높이에 따라 다르므로 지상 10m 위치의

풍속을 표준으로 한다 이보다 낮은 높이에서는 지면마찰의 영향으로 풍속이 작아지

고 높은 높이에서는 커진다 그러나 관측위치와 조건에 따라 예외적인 면도 있다

나 소나무

1) 소나무

소나무과에는 여러 종류가 있으나 본 설명서에서는 중남부평지형의 고유수형을

가진 2엽송으로 본 탐구를 할 때 활용한 우리 고장에 분포된 소나무를 가리킨다

이는 수관고가 낮고 넓게 퍼지며 지하고가 높은 특징을 가진다

2) 수고

지면에서부터 가지 끝까지의 나무 총 길이

3) 수관

나무의 줄기와 잎이 많이 달려 있는 줄기의 윗부분

4) 수관고

수관의 높이

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 4 -

2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 1 -

Ⅰ 탐구 동기 및 과제

1 탐구 동기

지난 2010년 9월 2일 새벽 4시경 엄청난 바람소리와 함께 세상이 뒤집어지는 듯

한 공포가 느껴졌다 전기도 끊어져 암흑 천지에 간신히 찾은 자그마한 촛불에 의

지하여 두 손 잡고 기도밖에 할 수 없는 무서운 상황이었다 2시간 넘게 요동을 쳤

던 태풍이 훱쓸고 간 마을의 모습은 마치 전쟁터를 방불케 하였다

아침 등교길에 버스 안에서 바라본 세상은 더욱 참혹하였다 산에 우뚝 서 있던 소

나무들이 우수수 허리가 꺾여 부러져 있는 모습을 보고 태풍의 위력을 실감하게 되었

다 더군다나 그 큰 소나무가 빨래 쥐어짜듯이 비틀려 있는 것을 보고 태풍의 무서움

을 느끼면서 lsquo어떻게 태풍이 나무를 비틀었을까rsquo 라는 호기심을 가지게 되었다

호기심을 해결하기 위해 학교 선생님들께 질문을 하였더니 비틀려 부러진 소나무

의 원인을 두고 태풍 바람이 회오리처럼 불어와서 비틀렸다는 대답과 원래 소나무

줄기가 비틀려 있어서 넘어질 때 비틀려 넘어진 것처럼 보인다는 이야기를 듣게 되

었다 또한 소나무 잎들이 한쪽 방향으로 넓게 퍼져 있어 바람에 의해 한쪽 방향으

로 돌면서 부러졌다는 등 여러 가지 대답을 듣게 되었다

어떤 대답이 맞는지 알 수가 없었다 lsquo태풍이냐 소나무냐 소나무냐 태풍이냐rsquo

태풍 때문이라면 태풍에는 어떤 비밀이 있을까 라는 고민 끝에 lsquo곤파스 태풍에 부

러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 라는 본 탐구를 시작하게 되었다

2 탐구 과제

태풍의 성질과 비틀려 부러진 소나무와의 관계를 탐구하고 태풍의 성질이 소나무

가 비틀려 부러지는데 영향을 주었는지 탐구해 보고자 한다

가 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍의 세기와 방향의 변화 등 태풍의 성질을 알아본다

∘ 곤파스 태풍과 우리고장 주풍의 차이점을 탐구한다

나 소나무가 부러지는 조건을 탐구한다

∘ 소나무가 부러지는 수형의 특징을 탐구한다

∘ 태풍의 급격한 풍속 변화로 소나무가 부러지는 관계를 탐구한다

다 곤파스 태풍에 비틀려 부러진 소나무의 원인을 탐구한다

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

∘ 곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘을 탐구한다

- 2 -

3 전문 용어 탐구

본 설명서에서 반복되어 사용되는 용어간의 차이와 쉽게 이해하기 어려운 전문용어

들의 이해를 돕고자 다음과 같은 용어로 통일하여 사용하였다

가 바람

1) 태풍

최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압

2) 주풍

일정한 지역에 늘 부는 바람

3) 풍압

바람이 물체를 미는 힘으로 공기 밀도 바람을 맞는 면적 풍속의 제곱에 비례한다

4) 풍속

공기의 운동을 바람이라 하고 공기가 단위시간에 움직이는 거리를 속도로 나타낸

것이 풍속이다 보통은 ms로 나타내며 관측시간 전 10분간의 평균풍속을 그 시각의

풍속으로 하고 있다 풍속은 지면으로부터 높이에 따라 다르므로 지상 10m 위치의

풍속을 표준으로 한다 이보다 낮은 높이에서는 지면마찰의 영향으로 풍속이 작아지

고 높은 높이에서는 커진다 그러나 관측위치와 조건에 따라 예외적인 면도 있다

나 소나무

1) 소나무

소나무과에는 여러 종류가 있으나 본 설명서에서는 중남부평지형의 고유수형을

가진 2엽송으로 본 탐구를 할 때 활용한 우리 고장에 분포된 소나무를 가리킨다

이는 수관고가 낮고 넓게 퍼지며 지하고가 높은 특징을 가진다

2) 수고

지면에서부터 가지 끝까지의 나무 총 길이

3) 수관

나무의 줄기와 잎이 많이 달려 있는 줄기의 윗부분

4) 수관고

수관의 높이

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 4 -

2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 2 -

3 전문 용어 탐구

본 설명서에서 반복되어 사용되는 용어간의 차이와 쉽게 이해하기 어려운 전문용어

들의 이해를 돕고자 다음과 같은 용어로 통일하여 사용하였다

가 바람

1) 태풍

최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압

2) 주풍

일정한 지역에 늘 부는 바람

3) 풍압

바람이 물체를 미는 힘으로 공기 밀도 바람을 맞는 면적 풍속의 제곱에 비례한다

4) 풍속

공기의 운동을 바람이라 하고 공기가 단위시간에 움직이는 거리를 속도로 나타낸

것이 풍속이다 보통은 ms로 나타내며 관측시간 전 10분간의 평균풍속을 그 시각의

풍속으로 하고 있다 풍속은 지면으로부터 높이에 따라 다르므로 지상 10m 위치의

풍속을 표준으로 한다 이보다 낮은 높이에서는 지면마찰의 영향으로 풍속이 작아지

고 높은 높이에서는 커진다 그러나 관측위치와 조건에 따라 예외적인 면도 있다

나 소나무

1) 소나무

소나무과에는 여러 종류가 있으나 본 설명서에서는 중남부평지형의 고유수형을

가진 2엽송으로 본 탐구를 할 때 활용한 우리 고장에 분포된 소나무를 가리킨다

이는 수관고가 낮고 넓게 퍼지며 지하고가 높은 특징을 가진다

2) 수고

지면에서부터 가지 끝까지의 나무 총 길이

3) 수관

나무의 줄기와 잎이 많이 달려 있는 줄기의 윗부분

4) 수관고

수관의 높이

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 4 -

2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 3 -

Ⅱ 탐구의 개요

1 탐구의 절차

곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있는지 원인을 밝혀내기 위해서

① 먼저 곤파스 태풍에 의한 피해 형태에 대하여 조사를 하였다

② 태풍의 성질을 파악하고 우리고장의 주풍과 차이점을 분석하였다

③ 소나무가 부러지는 조건을 모형실험을 통해 파악하며 태풍 눈의 이동에 따라 시

시각각 변하는 바람의 성질과 고정되어 있는 소나무와의 관계를 탐구하였다

④ 위 탐구 과정을 통해 눈의 이동에 따라 시시각각 변하는 태풍이 고정되어 있는

소나무에 어떤 힘을 미치는지 밝혀보고자 한다

lt탐구 과제gt

사전

탐구

과제

태풍 및 소나무의 특성에 대한 탐구

① 태풍의 특성은 무엇일까

② 우리고장의 지리적 특성은 무엇일까

③ 우리고장의 소나무 특성은 무엇일까

1차

탐구

과제

곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

① 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

② 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

2차

탐구

과제

소나무가 부러지는 조건 탐구

① 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

② 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

3차

탐구

과제

태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

① 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

② 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 4 -

2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 4 -

2 탐구의 주안점

과 정 과 제 주 안 점

탐구 1 rarr 태풍의 성질에 대한 탐구

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

darr

탐구 2 rarr 우리고장의 지리적 특성 탐구

darr

탐구 3 rarr 우리고장의 소나무 특성 탐구

darr

탐구 1 rarr 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화 탐구탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

darr

탐구 2 rarr 곤파스 태풍과 우리고장 주풍과의 차이점 탐구

darr

탐구 1 rarr 소나무가 부러지는 조건 탐구탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

darr

탐구 2 rarr 태풍의 풍속 변화와 소나무가 부러지는 관계 탐구

darr

탐구 1 rarr 비틀려 부러진 소나무의 특성 탐구탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

darr

탐구 2 rarr곤파스 태풍의 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘

탐구

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 5 -

3 탐구 기간 및 일정

가 탐구 기간 2010년 9월～2011년 7월(11개월)

나 탐구 일정

구분기간(년월)

추진내용

2010 2011

5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

주제

탐색

주제 탐색선정 주제 검색 및 탐구 조사

관련 자료 조사

탐구

활동

실시

탐구 활동 실시태풍과 주풍의 특징 조사소나무의 부러지는 조건 탐구비틀려 부러진 소나무의 특성탐구비틀려 부러진 소나무의 원인실험

결과

정리

탐구 결과 정리 및 발표

탐구 보고서 작성

lt표 1gt 탐구 일정

4 탐구 과정

가 탐구 방법

∘태풍의 성질과 소나무의 종류 및 특성에 관한 기초탐구 과정은 직접 관찰 및

문헌 조사를 통해 수행하였고 태풍의 성질과 수형에 따른 소나무의 부러짐은

모형실험을 통해 관찰하였으며 풍동실험기구와 측정 장치를 만들어 분석하였

다

나 실험 조건 통제

∘곤파스 태풍의 피해 지역에 대한 현장 조사를 통하여 실태 분석을 하고 부러

진 소나무들의 공통적인 특징을 탐구하였다

∘곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측자료 중 최

대풍속이 최고치를 기록한 시간을 기준으로 전후 2시간을 분석하였다

∘소나무가 부러지는 조건은 현장에서 수집한 자료를 토대로 소나무 수형을 일

정 비율로 축소하였으며 형태에 의한 기계적 성질만 한정하여 탐구하였다

∘비틀려 부러진 소나무의 줄기는 표본을 가지고 횡단면과 종단면으로 잘라 분

석하였으며 수관형태는 우리고장 지형과 주풍에 의해 형성되는 공통적인 특성

을 문헌자료와 5군데 표본 지역을 선정하여 관찰 탐구하였다

∘곤파스 태풍이 비틀려 부러진 소나무에 작용한 힘은 모형실험으로 나타냈으며

카메라 영상을 분석하여 탐구하였다

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

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다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 6 -

태풍 강도에 따른 구분 태풍 크기에 따른 구분구분 최대풍속 구분 풍속 15ms 이상의 반경약 17ms 이상 ~ 25ms 미만 소형 300km 미만중 25ms 이상 ~ 33ms 미만 중형 300km이상 ~ 500km미만강 33ms 이상 ~ 44ms 미만 대형 500km이상 ~ 800km미만

매우 강 44ms 이상 초대형 800km이상

풍속에 따른 재해 규모풍속(ms) 현상4 잎과 잔가지가 흔들린다8 굵은 가지가 흔들린다10 우산을 펼 수 없다15 간판이 날아간다 나무줄기가 흔들린다

20 몸을 30도로 굽혀야 보행이 가능하다25 지붕의 기와가 날아간다 나무가 넘어지고 부러진다30 목조가옥이 무너진다35 열차가 넘어진다40 작은 돌이 난다50 가옥이 많이 무너진다

60 철탑이 휜다

lt표 2gt 태풍의 구분 및 재해 규모

최대 순간 풍속(msec) 관측개시일1위 2위

연월일 풍속 연월일 풍속

서산 1968 01 01 2010 09 02 414 1972 09 28 340

수원 1964 01 01 2010 09 02 305 2002 08 31 273

홍천 1971 09 27 2010 09 02 207 1996 06 29 199

lt표 3gt 최대순간풍속 최고 기록

Ⅲ 사전 탐구

1 곤파스 태풍의 특성

가 태풍이란

태풍은 최대 풍속 172ms 이상의 열대성 저기압으로 위도 5deg 이상의 해역(필리

핀 동부의 열대해상)에서 발생하여 강력한 폭풍우를 동반한다

나 태풍의 일반적인 강도와 크기

∘음영표시는 곤파스 태풍 관련

다 관측 기록

lsquo곤파스 태풍rsquo은 서해안지역의 기상관측지점에서 관측개시일 이후 최대 순간풍속

을 기록하였다 최대순간풍속 414ms(서산지역 기준)는 강한 강도로 지붕의 기와가

날아가고 나무가 넘어지며 부러지는 재해규모를 가졌다

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

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[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

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기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

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3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

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[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

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[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

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[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

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나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

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라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

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탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

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3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

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나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

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다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

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라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

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마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 7 -

[그림 1] 태풍 직후 피해 모습 (서산시청 재난관리과 사진)

[그림 2] 태풍 진행방향

라 곤파스 태풍의 피해 모습

마 피해가 커진 이유

lsquo곤파스rsquo 태풍은 크기는 소형이었지

만 강도는 강한 태풍이었다 또한 우

리나라가 태풍 진행방향의 오른쪽에

놓였다 태풍의 오른쪽 반원(즉 lsquo위험반

원rsquo)은 태풍을 진행시키는 바람과 태풍

중심으로 불어드는 바람이 합성되어

풍속이 커지는 특성이 있다 따라서

태풍의 오른쪽에 놓인 우리 고장 서산

지역은 바람이 강하고 피해가 컸다

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 8 -

2 우리고장 지리적 특성

가 위치현황

∘서산시청 홈페이지의 서산소개 게시물

시청 소재지 극단경도와 위도의 극점

지명 극점

서산시 관아문길 1

(읍내동 492)

동단 운산면 와우리 동경 126deg 39prime서단 팔봉면 진장리 동경 126deg 22prime남단 부석면 간월도리 북위 36deg 36prime북단 대산읍 화곡리 북위 37deg 00prime

lt표 4gt 서산시의 지리적 위치 현황

나 지형 및 기후 현황

1) 지형

∘서산시의 지형지세는 동쪽으로 가야산(678m) 북쪽으로는 망일산(303m)이 있

는 동고서저형의 지형지세이다

∘해발 100m 이하의 평야와 구릉지가 전체 면적의 60를 차지하고 있다

∘서쪽과 북쪽에는 바다가 위치하고 있다

2) 기후 현황

가) 충남서해안의 중심부인 서산지방은 해양기후 특성을 나타낸다

나) 월별 기상관측자료

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월평균풍속(ms) 23 26 34 30 31 22 31 26 26 24 29 34

평균기온() -27 11 43 84 152 210 244 257 213 137 70 08강수량(mm) 555 584 792 522 1680 949 4471 7070 4020 291 120 364

lt표 5gt 월별 기상관측자료

3 우리고장의 소나무 특성

가 소나무과 수목의 종류

소나무과에는 가지에 달리는 잎의 수에 따라 2엽송 3엽송 5엽송으로 구분한다

우리에게 잘 알려진 2엽송에는 소나무와 곰솔이 3엽송에는 리기다소나무 5엽송에

는 잣나무가 대표적이다

나 소나무 수형

나무를 형성하는 줄기와 가지가 종합되어 생겨난 전체적인 모양을 수형이라고 한

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다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 9 -

다 수형은 자라는 환경이나 관리 상태에 따라 변하기도 하지만 자기만의 고유수형

을 가지고 있다

우리나라 소나무의 고유수형은 1928년 우에끼 박사가 우리나라 지방에 따라 소나

무의 수형1)을 제시하였고 이것을 임경빈교수가 그림으로 나타내었다2)

지방형 수형 기후 지질

동북형줄기가 곧고 수관은난형이다

지하고가낮다

기온이 낮고 저온이급히온다

강우량 적고 건조하며날씨가 맑다화강암 편마암 반암

금강형줄기가 곧고 수관폭이좁다

지하고가높다강우량이많고습도가높다 화강암 편마암 석회암

중남부

평지형

줄기가 굽고 수관고가 낮으며넓게퍼진다

지하고가높다기온이 높고 건조하다 화강암 편마암

위봉형

50년생까지는 전나무수형을닮았다

줄기는 곧지만신장생장이늦어키가작다

수관폭이좁지만점차확대된다

강우량이 1300mm 이상인 곳 편마암 반암

안강형

줄기가 매우 굽는다

수관고가 낮고 정부가 수평에 가깝게 평평하다

(환경과 인위적영향을크게받은수형이다)

여름강우량이가장적은곳

6~7월의 온도교차가 가장 심하고 7~8월

의온도교차가가장적다

반암 아암의황적색토

나지가많다

중남부

고지형

금강형과중남부평지형의 중간형

고도 방위 기후에따라금강형과중남부평지형으로나타난다

lt표 6gt 소나무속 주요 수종

[그림 3] 소나무의 지방별 수형

다 서산지역의 소나무 고유수형

위 자료를 바탕으로 서산지역의 소나무는 수관고가 낮으며 넓게 퍼지고 지면에서

부터 잎이 나기 시작하는 줄기의 길이가 긴 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있

음을 알 수 있다 중남부평지형의 고유수형을 본 연구에 기준을 삼아 탐구하였다

1) 소나무(httpc0cwoto) 소나무 명칭 gt 소나무 분포2) 그린과학기술원(httplandtreecokr) 수목관리 게시물 23번 lsquo소나무 수형관리

모델rsquo

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 10 -

Ⅳ 탐구 과정 및 결과

1 곤파스 태풍과 주풍의 성질 탐구

탐구1 곤파스 태풍의 세기와 방향은 어떻게 변했을까

현장조사를 통해 소나무가 부러진 방향들이 일정하지 않은 점에서 호기심이 생겼

으며 태풍의 눈의 이동함으로써 풍속과 풍향이 급격하게 변한다는 것을 알았다 곤

파스 태풍의 최대풍속이 최고치를 기록한 시점을 기준으로 우리고장의 풍속과 풍향

이 어떻게 변했는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘태풍의 이동경로에 따른 풍속과 풍향의 변화를 탐구한다

나 곤파스 태풍의 풍속과 풍향의 변화

1) 가설

∘태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 급격하게 바뀔 것이다

2) 탐구 방법

가) 곤파스 태풍의 성질은 기상청의 AWS(Auto Weather System) 관측 자

료를 해석하였다 AWS 관측 자료는 매분 간격의 기상관측자료를 숫자

로 나타낸 것이다 숫자로만 나타내어져 있기 때문에 해석하기가 쉽지

않았다 그래서 숫자로 된 자료를 그래프로 바꾸어 시각화하는 활동을

하였다

[그림 4] 기상청 AWS 관측자료 [그림 5] 그래프로 변환 시각화 활동

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 11 -

나) 곤파스 태풍의 풍속이 가장 컸던 시각을 기준으로 전후 2시간을 시각화

된 그래프로 나타내었다 시각화된 그래프를 통해 풍속의 변화와 풍향

의 변화 풍속이 최대일 때 풍향이 어떻게 변하는지 그 관계를 해석하

였다

3) 탐구 결과

가) 태풍의 눈의 이동

(1) 태풍의 눈은 북동방향으로 약 50kmh의 속도로 이동하였다

(2) 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변했다

(4h)

4h

5h

곤파스 태풍 눈의 이동경로 201092(목)

약60km

(5h)

[그림 6] 곤파스 태풍 눈의 이동경로 및 풍속middot풍향의 변화

나) 태풍의 풍속 변화

(1) 4시 50분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 크고 급격하게 변한다

시간별 풍속의 변화

5

10

15

20

25

30

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 7] 곤파스 태풍의 풍속 변화 그래프

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 12 -

다) 태풍의 풍향 변화

(1) 북동풍에서 남서풍으로 풍향의 변화가 급격하게 이루어졌다

(2) 남동풍일 때 최대풍속이 불었다

시간별 풍향의 변화

60

80

100

120

140

160

180

200

300310

320330

340350

400410

420430

440450

501511

521531

541551

600610

620630

640650

700

시간

방위

각

풍향최대풍속시간

S

E 90

[그림 8] 곤파스 태풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중에는 풍속과 풍향이 있다

나) 태풍의 풍속과 풍향은 시시각각 변하며 변화폭이 크다

다) 풍속과 풍향이 급격하게 변하는 이유는 태풍의 눈이 이동하기 때문이

다

다 풍속과 풍향의 변화와 소나무의 부러진 방향의 관계

1) 가설

∘풍속과 풍향의 변화로 소나무가 부러질 방향이 일정하지 않을 것이다

2) 탐구 방법

가) 풍속과 풍향의 변화가 소나무에 어떤 영향을 주었는지 알아보기 위해 5

군데의 지역을 임의로 정하였으며 소나무가 부러져 쓰러진 방향을 방위

각으로 나타내었다

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 13 -

나) 탐구지역

A북위 36deg51prime2831Prime

동경 126deg27prime4319PrimeB북위 36deg51prime2996Prime

동경 126deg25prime5461PrimeC북위 36deg50prime2391Prime

동경 126deg26prime195Prime

D북위 36deg49prime3998Prime

동경 126deg26prime2607PrimeE북위 36deg47prime5996Prime

동경 126deg26prime4991Prime탐구지역의 공통점

① 남쪽을 향하고 있다

② 바람이 불어오는 방향

에 장애지형이 없어

직접적인 바람의 영향

을 받았다

lt표 7gt 탐구지역 위치

3) 탐구 결과

가) 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

방위각 범위 방향 개체수

34875 1125 N 12

1125 3375 NNE 123375 5625 NE 35625 7875 ENE 07875 10125 E 010125 12375 ESE 012375 14625 SE 0

14625 16875 SSE 016875 19125 S 019125 21375 SSW 221375 23625 SW 023625 25875 WSW 225875 28125 W 5

28125 30375 WNW 930375 32625 NW 332625 34875 NNW 15

총 개체수 63

소나무가 부러진 방향

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

부러진 수량

lt표 8gt 소나무가 부러져 줄기가 쓰러진 방향

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 14 -

4) 결과 해석

가) 태풍의 최대풍속은 남동풍일 때 최고치를 기록하였다

나) 최대풍속이 있었던 남동풍의 영향을 받아 북서쪽으로 많이 부러졌다

이는 소나무가 태풍의 직접적인 영향을 받았다는 것을 의미한다

다) 북쪽 방향으로 많이 쓰러졌지만 넘어진 방향의 범위가 넓은 것은 풍속

이 세다고 순간적으로 동시에 부러지는 것은 아니라는 것을 의미한다

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 태풍 눈의 오른쪽에 위치함으로써 위험반원에 속했다

2) 태풍 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다

3) 1분당 최대 8ms의 차이가 나는 등 풍속의 변화가 컸다

4) 풍향의 변화도 급격하게 변했으며 4시간동안 북동풍에서 남서풍(방

위각 1479deg)으로 풍향의 변화가 컸다

5) 2010년 9월 2일 4시 40분경에 최대풍속(308ms)으로 남동풍이 불

었다

6) 태풍의 직접적인 영향에 의해 소나무가 부러졌다

7) 최대풍속이 있던 풍향에서 대체적으로 소나무가 부러졌지만 시시각

각 변하는 태풍의 성질로 여러 방향으로 부러지며 쓰러졌다

lt 알아낸 점 gt

1 태풍의 눈 오른쪽은 위험반원 지역으로 풍속이 세다

2 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크

다

3 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난 풍향은 남동풍이다

4 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에 의해 쓰러졌지만 여러 방

향으로 쓰러져 일정하지 않았다

lt 궁금한 점 gt

1 우리고장에 평소 부는 바람은 어떤 특성을 가지고 있을까

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 15 -

탐구2 우리고장의 주풍은 어떤 성질을 가지고 있을까

태풍의 풍속과 풍향이 짧은 시간동안 빠른 변화를 보여주는 것을 알았다 평소

우리고장에 주로 부는 바람(이하 주풍)은 어떤 성질을 가지고 있을지 궁금하였다

주풍의 성질을 탐구해보고 태풍과의 차이점을 비교해보았다

가 탐구 목표

∘ 주풍의 성질을 탐구하고 태풍과의 차이를 확인할 수 있는 자료를 만든다

나 우리고장 주풍의 성질

1) 가설

∘ 주풍의 풍속과 풍향은 변화폭이 적을 것이다

2) 탐구 방법

가) 기상청의 기상연보의 바람장미를 분석하여 우리고장의 주풍을 알아보았다

나) 곤파스 태풍이 불었던 2010년에 주풍이 가장 세게 불었던 시각을 기준

으로 풍향과 풍속의 변화를 시각화된 그래프로 나타내고 자료를 해석하

였다

(1) 2010년 기상연월보의 기상적요표를 보면 연중 주풍(SSW)의 최대풍속이 나타

난 일은 3월 12일로 최대풍속이 134ms였다

(2) 2010312자 AWS 자료를 분석해본 결과 오전 10시에 최대풍속이 불었던 것

을 알 수 있었다

(3) 2010년 3월 12일 10시를 기준으로 전후 2시간을 1분간격의 그래프로 나타내고

풍속과 풍향의 변화를 분석하였다

[그림 9] 201년 기상연월보의 기상적요표

3) 탐구 결과

가) 바람장미3) 자료 분석

3) 기상청(httpwwwkmagokr) 2010년 기상연월보

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 16 -

(1) 우리고장의 주풍은 8ms 이하의 남남서(SSW)풍이다

(2) 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

2008 2007

2006 2005

[그림 10] 바람장미 그림

바람장미 해석 방법

바람장미는 어떤 관측지점에 대하여 해당기간동안 방위별 풍향 출현 빈도와 풍향

별 풍속계급 빈도를 그래프로 나타낸 것임

기상연보에서는 일 년 동안의 시간별 바람자료를 사용하여 표현함

막대는 바람이 불어오는 방향을 나타내며 길이는 해당등급의 바람이 불어온 빈

도를 백분율로 나타냄

중앙 원 속의 값은 무풍(05ms 미만)일 경우를 백분율로 나타낸 것임

나) 주풍의 풍속 변화

(1) 10시 10분경에 최대풍속을 기록하였다

(2) 풍속의 변화 폭이 작고 일정하다

주풍의 시간별 풍속 변화

5

10

15

20

25

30

800810

820830

840850

900910

920930

940950

1001101

1102

1103

1104

2105

2110

2111

2112

2113

2114

2115

2

시간

풍속(m

s)

풍속

[그림 11] 주풍의 풍속변화 그래프

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 17 -

[그림 13] 바람벡터 시각화자료

다) 주풍의 풍향 변화

(1) 풍향은 남서풍으로 변화의 폭이 적고 일정하다

주풍의 시간별 풍향 변화

160

180

200

220

240

260

280

300

800810

820830

840850

900910

920930

940950

10011011

10211031

10421052

11021112

11221132

11421152

시간

방위

각

풍향

최대풍속시간

S

W 270

[그림 12] 주풍의 풍향 변화 그래프

4) 결과해석

가) 우리고장의 주풍은 남서풍이다

나) 주풍은 풍속과 풍향의 변화폭이 작으며 일정한 방향에서 불어온다

다) 우리고장은 남동풍의 영향을 받지 않는다

다 태풍과 주풍의 비교 자료 제작

1) 제작 방법

가) 기상청 AWS 관측자료의 분포도 중 바람벡터 자료를 확인하였다 바람

벡터는 5분 간격으로 풍속과 풍향을 그림

으로 나타내어 바람의 움직임을 효과적으

로 표현해주는 자료이다

나) 정지된 그림으로 되어 있는 바람벡터 자료

를 화면캡처 하였고 캡처한 사진들을 움직

이는 동영상으로 제작하였다 바람벡터 자

료가 시간별로 움직임으로 인해 좀 더 실

감나게 확인을 할 수 있었다

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 18 -

2) 제작 내용

∘ 바람벡터 분포도는 5분 간격으로 측정된 자료이다 태풍과 주풍의 최대

풍속이 있었던 시간을 기준으로 전후 2시간의 48장 그림을 캡처하여 동

영상을 만들었다

시간 태풍의 변화(201092 0450) 주풍의 변화(2010312 1000)

-2h

-1h

0h

1h

2h

lt표 9gt 곤파스 태풍과 주풍의 바람벡터

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 19 -

라 토의 및 분석

1) 우리고장은 남남서에서 불어오는 바람이 주풍이다

2) 주풍의 풍속은 1분 간격으로 최대 2ms 이내의 차이를 보이며 4시

간동안 5ms의 차이를 보이며 변화폭이 작았다

3) 풍향 변화폭은 4시간동안 방위각 20deg이내로 작았다

4) 우리고장은 연중 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

5) 거의 영향을 받지 않던 남동풍이 곤파스 태풍때에는 최대풍속을 기

록하였다

lt 알아낸 점 gt

1 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이다

2 주풍의 풍속과 풍향의 변화폭은 작고 태풍의 변화폭은 매우 크다

3 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

4 곤파스 태풍은 남동풍일 때 최대풍속을 나타내었다

lt 궁금한 점 gt

1 태풍의 풍속과 풍향의 빠른 변화는 소나무에 어떤 영향을 주었을까

2 주풍은 소나무 수형 형성에 어떤 영향을 줄까

3 주풍과 다른 방향의 태풍이 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 20 -

2 소나무가 부러지는 조건 탐구

탐구1 소나무가 부러지는 조건은 무엇일까

태풍이 지나간 후 나무들의 모습은 극명하게 대비됨을 볼 수 있었다 활엽수 나

무들은 잎들이 모두 떨어져 나간 반면 소나무의 잎들은 가지에 모두 붙어 있었다

또한 소나무의 외형적 모습은 다른 수종들과 달리 줄기가 곧게 올라가서 윗부분에

잎들이 넓게 포진되어 있는 것을 볼 수 있었다 이러한 소나무의 형태가 태풍에 부

러지는 직접적인 영향인지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 부러진 소나무들의 여러 가지 특징을 분석하여 부러지는 조건을 탐구한

다

나 소나무가 부러진 현장조사

1) 가설

∘ 수관부 면적이 넓고 지면에서부터 잎이 있는 곳까지의 줄기 길이가 길

면 쉽게 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 부러진 소나무의 개별적 특징(수고 수관너비 부러진 방향 등)을 조사

하였다

- 수고 길이 조사방법 소나무의 길이를 직접 잴 수 없기 때문에 비례식을 이

용하여 길이를 측정하였다 부러진 소나무는 직접 줄자로 측정하였다

20cm

20cm

800cm

lt비례식 계산 방법gt

20cm 20cm = 800cm

20cm times = 20cm times 800cm

= 16000cm divide 20cm

= 800cm = 8m

[그림 14] 수고 길이 계산 방법

- 수관너비 조사방법 부러진 소나무의 경우에는 원줄기를 기준으로 양옆의

가장 긴 가지의 길이를 측정하였다

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 21 -

[그림 15] 곤파스 태풍에 의한 피해현황 조사 양식

나) 부러진 소나무와 부러지지 않은 소나무의 특성은 동일지역의 근접한 장

소에서 부러짐의 차이를 보인 소나무를 비교하였다 이 때 부러진 소나

무와 3m 이내의 입지조건이 최대한 비슷한 부러지지 않은 소나무를 선

정하였다

다) 선정하여 개별적 특성을 분석하고 특징들에 대한 상관관계를 탐구하였

다

3) 탐구 결과

∘ 부러진 소나무의 특징을 탐구하여 다음과 같은 결과를 얻었다

가) 부러진 소나무 현장 조사 결과

부러진여부 수고 (m) 수관고 (m) 수관총너비 (m) 둘레의길이(cm) 부러진 방위각

A-1 O 19 5 7 94 20

A-2 X 18 2 3 74

B-1 X 15 3 33 75

B-2 X 16 3 35 86

B-3 O 16 6 10 87 25

C-1 X 12 2 15 72

C-2 O 13 5 5 81 290

C-3 O 12 5 6 78 25

D-1 X 19 2 3 96

D-2 O 21 5 6 94 280

D-3 O 23 5 6 90 290

lt표 10gt 부러진 소나무 현장 조사 결과

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 22 -

부러진여부 수관너비 수고 수관고 수고 굵기 수고 수관고 수관너비 수관고 굵기 수관너비 굵기

A-1 O 0368 0263 4947 0714 0053 0074

A-2 X 0167 0111 4111 0667 0027 0041

B-1 X 0220 0200 5000 0909 0040 0044

B-2 X 0219 0188 5375 0857 0035 0041

B-3 O 0625 0375 5438 0600 0069 0115

C-1 X 0125 0167 6000 1333 0028 0021

C-2 O 0385 0385 6231 1000 0062 0062

C-3 O 0500 0417 6500 0833 0064 0077

D-1 X 0158 0105 5053 0667 0021 0031

D-2 O 0286 0238 4476 0833 0053 0064

D-3 O 0261 0217 3913 0833 0056 0067

lt표 11gt 현장조사 항목별 결과의 상관관계 비

나) 분석 자료

(1) 각 항목별 상관관계 비

(2) 그래프 자료

소나무가 부러진 특성

0000

0100

0200

0300

0400

0500

0600

0700

0000 0100 0200 0300 0400 0500

수고에 대한 수관고의 비

수고

에 대

한 수

관너

비의

비

부러지지 않은 영역

[그림 16] 소나무가 부러진 특성 그래프

4) 결과해석

가) 상관관계 비로 나타내면 두 항목의 연관성을 알 수 있었다

나) 수고에 대한 수관너비의 비가 클수록 수고에 대한 수관고의 비가 클수

록 소나무가 부러졌다

다) 수관 면적이 넓어 바람의 저항을 많이 받는 형태가 잘 부러졌다

라) 다른 항목들의 비는 소나무가 부러진 규칙성을 알 수 없었다

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 23 -

다 소나무가 부러지는 조건 검증 실험

1) 실험 방법

가) 현장조사를 통해 알게 된 개별적 특성에 대한 상관관계를 비율대로 축

소하여 단순화한 모형으로 나타내어 실험탐구를 하였다

나) 인위적인 바람으로 부러뜨릴 수 있는 물질을 찾기 위해 실제 소나무의

작은 가지부터 국수가닥까지 다양한 종류의 재료로 탐구를 하였다 탐

구해본 결과 반복적인 실험탐구를 위해 성질과 규격이 일정한 국수가닥

이 적합하였다

다) 태풍과 같이 센 바람이 필요해서 자동차 정비소에 있는 5마력의 콤프레

셔를 활용하였으나 좁은 범위의 센 바람으로 다양한 종류의 재료들이

순식간에 부러지는 등 실험결과를 얻기가 어려웠다 그래서 3단 강약조

절이 되는 선풍기 바람을 직선바람으로 바꾸어주는 풍동실험 장치를 만

들어 검증 모형실험을 하였다

라) 우선 소나무 고유수형을 도식화 한 자료를 국수면발의 길이에 대한 비

율로 잘라 사용하였다 하지만 고유수형의 변인이 매우 다양하여 한 번

의 실험으로는 변인통제가 이루어지지 않아 단순한 모형 제작의 필요성

을 느끼게 되었다

[그림 17] 소나무 고유수형에 따른 바람의 저항 비교 실험

마) 국수 가닥에 종이를 붙여 바람 저항과 관련 있는 수관부의 모양을 단순

한 모형으로 만들어 바람의 저항을 받을 수 있도록 하였으며 부러지기

직전까지 버틴 시간과 부러진 위치를 살펴보았다 사용한 선풍기는 LG

FW-1634(정격소비전력 76w 최고풍속 383ms) 모델이다

(1) 수관부의 너비와 위치에 따른 풍속을 측정하고 모형나무가 부러질 때의 부러

진 위치를 측정하여 자료를 정리하였다

(2) 풍속은 선풍기의 강약 조절로 1단부터 3단까지 사용하며 각 단마다 20초간 지

속적인 바람을 불어주며 20초 후에 국수면발이 부러지지 않을 경우 선풍기의

단수를 높여 연속된 시간으로 측정하였다

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 24 -

가) 수관너비크기에따른모형 나) 수관고에 따른모형

lt표 12gt 단순한 소나무 모형 제작

2) 실험 결과

실험모형 결과처리 결과분석

수관너비의비

3493

24971848

1398 1234

0

10

20

30

40

0 005 01 02 03 04 05수고에 대한 수관너비의 비

시간

(초)

- 수관너비의 비가 클수록버티는 시간이 짧아지며쉽게부러졌다

- 수관너비는 소나무가 부러지는 조건의 중요한 요인이다

수관고의비

1987 2254 2343

4745

0

10

20

30

40

50

03 033 043 06수고에 대한 수관고의 비

시간

(초)

- 수관고의 비가 작을수록바람에 버티는 시간이 짧았으며잘부러졌다

- 수관고의 비가 같더라도무게중심이 지표면에 멀수록 바람에 버티는 시간이짧아지며잘부러졌다

19872299

3448

25492855

0

10

20

30

40

6 10 15 12 15

수관고 길이(cm)

시간

(초)

lt표 13gt 소나무가 부러지는 조건 모형실험 결과

3) 결과해석

가) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사 결과와 같이 클수록 쉽게 부러

졌다

나) 수고에 대한 수관고의 비는 작을수록 쉽게 부러졌다 수관고의 비가 클

수록 부러진 현장조사 결과와 다르게 측정되었다

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 25 -

수고

풍심고

풍심점

풍압력

[그림 18] 풍압과 풍심점의 관계

라 토의 및 분석

1) 수고에 대한 수관너비의 비는 현장조사와 모형실험 결과가 일치하

였다

2) 수관고의 비는 현장조사와 모형실험에서 다른 결과가 나왔다

3) 수관고의 비의 결과가 현장조사와 모형실험간의 차이가 생기는 이

유를 탐구해본 결과 모형실험은 변인통제를 함으로써 수관의 면적

을 동일하게 한 점이 현장과 다름을 알게 되었다 실제 소나무는

수관고의 길이가 짧을수록 수관의 면적이 작았지만 모형실험에서

는 동일한 수관 면적에 수관고의 길이만 달라졌기 때문이다

4) 산림과학연구원 김석권 박사의 논

문4)에 의하면 나무를 부러지게 하

는 힘은 오른쪽 그림과 같이 풍압

력과 풍심고의 길이에 비례한다고

하였다 즉 수관부 면적이 넓고

무게중심(풍심점)이 위로 향할 때

잘 부러지는 조건이 된다는 것을

알았다

5) 무게중심이 위로 향하는 것은 수

고에 대한 수관고의 비가 짧아지

는 것을 의미하며 실제로 더 쉽게

부러졌다

6) 소나무가 부러지는 조건을 쉽게 이해할 수 있는 방법을 고민한 결

과 지렛대 원리로 표현해 보았다 친구나 주변사람들에게 실험결과

에 대한 설명을 지렛대 원리로 비교하였더니 좀 더 쉽게 이해함을

알 수 있었다

4) 김석권 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo p95 1994

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 26 -

지레 요소 작용점 받침점 힘점

소나무 부위 뿌리 부러진 지점 수관

그림

받침점부러진 지점

작용점뿌리힘점수관의 힘의 중심

①수관의 면적이 커지면 풍압이 커진다

②수관이 수고의 끝부분에 넓게 위치할수록 작은 힘에도 큰

힘을 낼 수 있으며 이는 지렛대 원리와 같다

lt표 14gt 소나무가 부러지는 조건과 지레의 요소의 공통점 비교

lt 알아낸 점 gt

1 수고에 대한 수관너비가 클수록 수관고는 짧을수록 줄기에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다

2 수관너비의 크기에 따라 바람의 저항을 받는 정도가 다르고 수고의 비가

작으면 좀 더 쉽게 부러진다

3 지렛대의 원리처럼 나무 가지 끝부분에 잎들이 모여 바람의 저항을 받으면

줄기 밑 부분에 큰 힘을 받아 잘 부러지는 조건이 된다

4 우리고장의 소나무 고유수형은 줄기의 길이가 길고 수관고가 짧으며 수관

너비가 크기 때문에 잘 부러지는 조건을 지니고 있다

lt 궁금한 점 gt

1 왜 곤파스 태풍에 소나무들이 많이 부러졌을까

2 태풍의 어떤 성질이 소나무를 부러뜨리는데 직접적인 영향을 주었을까

3 풍속이 급하게 변하면 소나무가 쉽게 부러질까

4 풍속의 변화가 빠르게 일어나면 소나무의 진동이 커질까

5 소나무의 진동이 커지면 더 쉽게 부러질까

6 진동이 커지면서 부러지기 전에 목질부분이 끊어지는 등 소나무 줄기 부분

에 변형이 올까

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 27 -

탐구2 태풍의 급격한 풍속의 변화는 어떻게 소나무를 부러뜨릴까

탐구1의 모형실험을 수행하는 과정에서 풍속을 한 단계 올리는 순간 선풍기 바람

이 잠시 약해지는 것을 보게 되었고 그 때 소나무 모형이 앞뒤로 움직이는 모습을

볼 수 있었다 또한 앞뒤로 움직임이 있을 때 부러지는 현상을 관찰하게 되었다

태풍의 성질을 연구한 결과 풍속이 시시각각 변하는 것을 알았기 때문에 풍속의

빠른 변화가 소나무를 부러뜨리는데 영향을 주었는지 탐구해 보았다

가 탐구 목표

∘ 풍속의 급격한 변화로 어떻게 소나무가 부러지게 되는지 탐구한다

나 풍속의 급격한 변화와 소나무의 진동의 관계

1) 가설

∘ 풍속의 급격한 변화는 소나무의 진동을 크게 할 것이다

2) 탐구 방법

가) 태풍은 주풍과 달리 풍속이 급격하게 변하기 때문에 풍속의 변화를 달

리하여 소나무 모형의 움직임을 관찰하였다

나) 축을 중심으로 진동할 수 있는 소나무 모형을 제작하였다 이 때 부러

지는 조건의 현장조사 C-3의 소나무의 수관너비 비로 단순화하여 나타

냈다

다) 바람은 선풍기를 이용하였기 때문에 직선바람으로 바꿔주는 풍동실험기

의 제작이 필요하였다

[그림 19] 풍동실험기를 이용한 실험 모습

(1) 바람이란 자연은 매우 광대하기 때문에 실제 바람을 이용하여 조건을 통제하

며 실험하는 것은 불가능하다 또한 선풍기 바람은 회전축에 의해 와류가 생

기기 때문에 직선 바람으로 바꾸어 주기 위해서는 실험용 풍동실험기 제작이

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

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3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 28 -

[그림 20] 풍속 변화 장치

필요하였다

(2) 풍동 실험기를 직접 제작해 봄으로써 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 가시화

하여 나타낼 수 있어서 바람의 영향을 탐구하는데 도움이 되었다

(3) 교육용 풍동실험기 제작과 관련한 논문

자료를 통해 풍동실험기를 자체 제작하

여 탐구 활동에 활용하였다

라) 풍속의 변화 속도는 바람을 막아주

는 장치를 통해 지속풍과 단절풍으

로 나누어 탐구하였다

마) 비디오 카메라 촬영후 재생속도를

저속으로 하여 1초 간격마다 진동한

각도를 측정하였다

3) 탐구 결과

가) 풍속의 변화가 없으면 진동이 일어나지 않고 일정한 각도를 유지한다

나) 풍속의 변화가 클수록 진동폭이 커졌다

다) 소나무 모형이 움직였다가 반동에 의해 제자리로 돌아올 때 바람이 불

면 풍속에 따라 진동폭이 더욱 커졌다

풍속의 변화에 따른 소나무의 진동

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

시간(초)

진동

각도

풍속변화 없음 급격한 풍속변화

[그림 21] 풍속의 변화에 따른 소나무의 진동 그래프

4) 결과해석

가) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의 흔들림을 크게 하여 진

동폭이 커진다

나) 풍속이 급격히 변하면 세기가 작아도 진동을 크게 할 수 있다 즉 지속

풍보다 적은 힘으로도 소나무를 더 크게 진동시킬 수 있다

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

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[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

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탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 29 -

다 진동크기와 소나무의 부러진 관계 탐구

1) 가설

∘ 소나무의 진동폭이 클수록 줄기가 쉽게 부러지거나 변형이 생길 것이다

2) 탐구 방법

가) 탐구 1 소나무의 부러지는 조건 탐구에서 모형줄기가 한 가닥으로 이루

어져 있었다 실제 소나무의 줄기는 한 가닥이 아닌 수많은 섬유다발로

이루어져 있다

나) 실제 5년생 이하의 소나무를 용수철저울로 잡아당기며 부러지는 정도를

확인하였다 용수철 1개의 측정값은 2kg이지만 실제 소나무를 부러뜨리

기 위해서는 5개 이상의 용수철저울이 사용되었다 하지만 소나무의 줄

기가 너무 유연하여 휘어지기만 할 뿐 부러지지 않아 모형실험의 필요

성을 느꼈다

다) 모형줄기를 다발로 뭉쳐서 진동에 의한 부러짐 실험을 하였으나 낱개로

흩어지며 부러졌다 모형줄기 가닥들이 서로 접착이 되고 그 안에 부러

지지 않는 심이 있어야 부러져도 형태가 유지되는 것을 알았다 그래서

모형줄기 가닥과 낚싯줄을 같이 접착제로 고정시켰다

라) 여러 가닥을 한 다발로 뭉쳤더니 풍동실험기의 바람으로는 전혀 부러뜨

릴 수 없었다 진동을 주기위해 직접 일정한 진동 폭으로 흔들며 부러

지는 형태를 관찰하였다

마) 또한 용수철저울을 이용하여 진동 없이 잡아당길 때와 진동을 줄 때의

차이점을 비교하였다 부러질 때의 용수철저울이 늘어난 길이를 5회 측

정하여 평균값으로 나타내었다

소나무 부러뜨리는 실험 줄기 다발 만들기 줄기다발 부러뜨리는 실험

[그림 22] 진동크기와 소나무의 부러짐 관계 실험

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 30 -

[그림 23] 모형줄기의 부러짐

[그림 24] 소나무 모형의 부러짐 실험 결과

3) 탐구 결과

가) 소나무 줄기가 진동할 때 압축이 되는

곳과 늘어나는 곳으로 나뉘어진다

나) 동일한 힘으로 진동 없이 힘을 주면 줄

기다발이 휘어졌고 진동을 주었을 경우

에는 휘어지다가 늘어나는 곳의 바깥부

분부터 먼저 부러졌다

다) 더 큰 힘이 가해지면 압축이 되는 곳도

부러지며 전체가 직각으로 부러졌다

라) 용수철 실험 결과

(1) 진동을 줬을 경우 일정한

힘으로 잡아당긴 경우보다

쉽게 부러졌다

(2) 진동을 주지 않고 일정한

힘으로 잡아당겼을 경우

부러지지 않고 버티는 힘

이 좀 더 컸다

4) 결과해석

가) 진동이 클수록 작은 힘에도 줄기가 잘 부러졌다

나) 진동이 일어나면 늘어나는 곳의 바깥부분부터 변형이 생기며 부러졌다

다) 바깥부분이 부러지면서 반대방향으로 줄기자체가 휘어졌다

라) 더 큰 힘을 주면 직각으로 부러졌다

라 일상생활에서 진동에 의한 힘의 크기 변화 탐구

1) 그네 밀어주기

앞에서 밀고 있는 경우 중간에서 미는 경우 뒤에서 미는 경우

[그림 25] 풍속변화에 의한 소나무의 진동과 그네 밀어주기와의 공통점 비교

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 31 -

[그림 27] 진동폭의

변화 원리 탐구

[그림 26] 철사 끊기

와의 공통점 찾기

가) 미는 위치를 달리하여 친구의 그네를 밀어주었다 미는 위치가 달라지

면 미는 시간이 변하는 것을 알았다

나) 앞에서 밀고 있는 경우에는 친구의 그네와 내 미는 힘이 같아서 움직임

이 없었고 올라간 높이도 높지 않았다

다) 중간에서 미는 경우에는 친구의 그네가 내려오는 때에 밀어야 하기 때

문에 더 큰 힘을 주어야만 움직일 수 있었다

라) 뒤에서 미는 경우에는 친구의 그네가 가는 방향과 내가 미는 방향이 같

아서 작은 힘으로도 그네의 진동을 크게 할 수 있었다

마) 그네 밀어주기의 원리는 풍속의 변화로 진동이 커지는 현상과 일치하였

다

2) 가는 철사 맨손으로 자르기

가) 아빠가 가는 철사를 맨손으로 끊는데 이리저리 철사

를 구부리니까 끊어졌다

나) 소나무 줄기가 진동에 의해 부러지는 현상도 철사를

이리저리 구부려 끊는 것과 일치한다는 것을 알았

다

다) 일상생활의 현상과 비교해보니 급격한 풍속의 변화

가 소나무를 진동시켜 부러뜨리는 원리를 쉽게 이해

하게 되었다

마 토의 및 분석

1) 태풍의 성질 중 풍속의 급격한 변화는 소나무의

흔들림 즉 진동을 크게 하였다 이는 오른쪽 그

림과 같이 소나무가 휘어졌다가 제자리로 돌아

오려는 탄성으로 반동이 생기는데 이때 부는 바

람과 합쳐져 더 큰 힘으로 소나무를 밀어주어

진동이 커지게 된다

2) 일상생활에서 그네를 밀어주는 원리와 같은 것

을 알았다

3) 풍속의 변화 없이 같은 세기의 지속적인 바람이 불면 소나무가 휘

어지며 일정한 각도로 유지가 되어 진동이 일어나지 않았다

4) 진동이 일어나면서 줄기부분에 변형이 생겼고 진동이 커질수록 줄

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 32 -

기부분이 잘 부러졌다 부러질 때는 늘어나는 곳의 바깥부분부터

변형이 생기며 부러졌다

5) 가는 철사를 맨손으로 부러뜨릴 수 있는 이유와 같은 원리임을 알

았다 접었다 폈다를 반복하는 모습이 소나무가 태풍의 풍속 변화

로 인해 진동하는 것과 같으며 진동이 커질수록 소나무가 쉽게 부

러지는 조건이 된다

lt 알아낸 점 gt

1 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

2 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어진다

3 줄기 다발이 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러지며 풍속의 급격한 변화로 진

동폭이 클 때 잘 부러진다

lt 궁금한 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무의 특징은 무엇일까

2 소나무의 줄기가 원래 비틀려 있을까

3 비틀려 부러진 소나무는 어떤 힘이 작용한 걸까

4 진동에 의해 늘어난 곳의 바깥쪽 부분이 부러진 것은 비틀려 부러지는데

어떤 영향을 주었을까

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 33 -

3 태풍이 소나무를 비틀려 부러지게 한 원인 탐구

탐구1 비틀려 부러진 소나무의 특성은 무엇일까

피해지역을 조사해본 결과 부러진 소나무의 형태는 아래 그림과 같이 크게 3가지

로 나눌 수 있었다

비틀려 부러진 모습 직각으로 꺾여 부러진 모습 쪼개지면서 부러진 모습

[그림 28] lsquo곤파스rsquo태풍에 의해 부러진 유형

소나무가 부러진 조건 탐구를 통해 부러진 원인이 태풍의 급격한 풍속 변화와 소

나무 수형과의 관계임을 알았으나 비틀려 부러진 것에 대해서는 다른 원인이 있지

않을까 하는 생각을 하게 되었다 소나무 줄기의 생장 모습이 비틀려 있는지 아니

면 태풍의 바람 방향이 빠르게 변하면서 수관부를 빨래 짜듯이 비틀었는지 궁금해

졌다 비틀려 부러진 소나무의 특성에 대해서 탐구하였다

가 탐구 목표

∘ 비틀려 부러진 소나무의 특성을 탐구한다

나 소나무 줄기의 비틀림 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체가 비틀려 있을 것이다

2) 탐구 방법

가) 소나무의 한해에 한 번씩 가지가 원줄기 둘레에 나는 생장특성을 고려

하여 가지가 나온 옹이를 포함하는 부위를 채취하였다

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

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라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

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탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

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바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

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3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 34 -

[그림 29] 소나무 줄기의 단면

자르기

나) 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 부러진

소나무의 원줄기를 횡단면과 종단면으로 잘

라보았다

다) 일반 제재소에서는 너무 작은 크기라고 잘

라주지 않아서 목공예를 하시는 국가중요무

형문화제 106호 이수자의 도움을 받아 자를

수 있었다

라) 실제 어린 소나무를 채취하여 부러뜨려보았

다

3) 탐구 결과

가) 단면의 줄기 비틀림 관찰

(1) 소나무 줄기를 관찰한 결과 겉껍질의 무늬는 비틀려 있는 것을 볼 수 있었으

나 종단면과 횡단면의 나이테 방향은 비틀어진 것을 관찰할 수 없었다

(2) 비틀려 부러진 소나무뿐만 아니라 직각으로 꺾여 부러진 소나무도 겉껍질의

무늬는 비틀려 있는 것을 관찰하였다

비틀려 부러진 소나무의 단면 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

[그림 30] 비틀려 부러진 소나무와 직각으로 꺾여 부러진 소나무의 단면

나) 실제 부러뜨린 소나무 줄기 관찰

(1) 5년생 어린 소나무를 채취하여 2가지 방법으로 부러뜨렸다

(2) 줄기자체의 비틀림과 관계없이 부러지는 형태가 달랐다

(3) 줄기자체의 비틀림이 비틀려 부러지는데 직접적인 영향이 아님을 알 수 있다

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

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탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

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3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 35 -

[그림 32] 비틀려 부러진

소나무 줄기

비틀어 부러뜨렸을 때 모습 직각으로 꺾어 부러뜨렸을 때 모습

[그림 31] 실제 소나무의 부러짐 관찰

4) 결과 해석

가) 가는 섬유의 목질부분이 비틀려 있어도 전체가

똑같이 비틀려 있기 때문에 단면적으로는 직선

처럼 보인다는 것을 알았다 하지만 부러진 소

나무의 형태가 다양하다는 사실에 비틀린 줄기

가 비틀려 부러진다고 단정할 수 없다

나) 채취한 비틀려 부러진 소나무의 경우 목질부분

이 시계방향으로 비틀려 있었다 목질이 터지면

서 비틀린 방향으로 갈라지긴 했지만 전체적으

로 비틀려 부러진 방향은 시계반대방향이다

다) 5년생 어린 소나무를 실제 부러뜨려본 결과 같

은 줄기에서도 부러지는 형태는 부러뜨리는 방

법에 따라 달라졌다 소나무 줄기 자체의 비틀

림이 소나무가 비틀려 부러지는데 직접적인 영

향을 주지 않았다

다 비틀려 부러진 소나무의 수관부 형태 탐구

1) 가설

∘ 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭일 것이다

2) 탐구 방법

가) 우리고장의 소나무가 중남부평지형의 형태를 가지고 있지만 입지조건에

따라 소나무 개개의 형태가 다르다는 것을 알았다

나) 곤파스 태풍에 소나무가 많이 부러진 곳은 남향의 경사를 가진 산이다

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

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마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 36 -

[그림 33] 수관형태 탐구 조사

지역

그래서 남향의 산에 있는 소나무의 형태를 탐구하였다 탐구 방법은 일

일이 가지의 길이를 재기가 어려워 정남방향에서 수관의 전체적인 형태

를 사진으로 찍었다

다) 가로 세로 10m의 조사 지역을 선정하였

고 수관의 전체적인 형태를 찍은 사진을

합성하였다

라) 소나무마다 가지의 길이가 다르기 때문에

사진의 크기도 각기 달랐다 그래서 중심

축으로부터 가장 긴 가지의 길이를 동일

하게 하여 합성 작업을 하였다

마) 비틀려 부러진 소나무 가지가 쓰러져 있

는 상태에서 줄기 좌우로 가장 긴 가지

길이를 측정하였으며 원줄기에서 돌아간

각도를 고려하여 방위각을 측정하였다

바) 태풍의 영향을 받을 때 좌우의 대칭정도를 평균값으로 나타내었다

3) 탐구 결과

가) 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

(1) 남서향으로 가지가 길게 자라는 형태로 주풍이 불 때 수관너비가 작아서 저항

을 최소화 할 수 있는 모습이다

(2) 남동방향은 수관의 너비가 제일 크고 바람에 닿는 면적이 넓어 남동풍에 잘

부러지는 조건을 가지고 있다

(3) 남동방향에서 줄기를 기준으로 가지들이 남쪽으로 더 많이 치우쳐져 있다

[그림 34] 남향의 경사에 있는 소나무의 수형 합성도

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

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2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

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3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

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참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 37 -

나) 비틀려 부러진 소나무의 모습

(1) 비틀린 방향으로 줄기에 붙어있는 가지의 수가 많았다

(2) 부러져 쓰러진 줄기에 붙어 있는 가지가 하늘보다 땅을 향하는 가지가 많았

다 즉 부러져서 쓰러질 때 바람을 안고 있는 형태이다

(3) 비틀려 부러진 소나무의 수관부는 비대칭이다 수관너비의 비율로 단순화한

삼각형 모형에 무게중심을 알아보았더니 비틀려진 방향으로 무게 중심이 위치

해 있었다

비틀려부러진소나무

301168

비틀린방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)비틀린반대방향의긴가지길이(m)

방위각(deg)

1 31 200 13 5

2 24 185 14 15

3 37 175 25 350

4 26 180 16 10

5 27 195 12 15

6 32 205 17 20

7 32 200 21 10

8 34 195 23 10

9 28 220 10 30

10 24 205 18 20

평균 301 19500 168 5167

[그림 35] 비틀려 부러진 소나무 수관의 무게중심 위치

4) 결과 해석

가) 남향 경사에 있는 소나무는 남서 방향으로 가지를 길게 뻗고 있으며 이

는 주풍인 남서풍에 최소의 영향을 받기 위한 형태이다

나) 남동풍에는 수관너비가 가장 넓은 형태로 남동풍이 최대풍속이었던 곤

파스 태풍에 잘 부러지는 조건이 되었다

나) 비틀려 부러진 소나무의 수관은 비대칭이며 줄기를 기준으로 비틀린 방

향의 수관너비가 크고 가지의 수도 많다

다) 수관부의 무게중심은 비틀린 방향으로 치우쳐져 있다

- 38 -

라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

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라 토의 및 분석

1) 비틀려 부러진 소나무는 줄기 자체의 비틀림보다 외부의 힘에 의해

비틀려 부러진 것이다

2) 우리고장의 소나무는 남향의 경사에서 수관이 남서쪽 방향으로 향

하고 있다 다양한 조건에 의해서 수관형태가 결정되지만 우리고장

주풍인 남서풍에 효과적으로 적응할 수 있는 형태이다

3) 비틀려 부러진 소나무의 수관형태도 남서쪽 방향으로 향하고 있었

으며 남동쪽 방향은 수관너비가 넓어 바람을 안고 있는 형태이다

4) 비틀려 부러진 소나무의 가지 길이는 비대칭이며 수관부의 무게중

심은 비틀린 방향에 치우쳐져 있다

lt 알아낸 점 gt

1 비틀려 부러진 소나무는 소나무 줄기 특징보다 태풍의 힘에 의해 비틀려졌

다

2 남향 경사의 산에서 우리고장 소나무는 남서 방향으로 가지가 길게 뻗어

있어 주풍에 저항을 덜 받는 수관형태를 가졌다

3 남동 방향은 수관너비가 넓어 바람의 영향을 많이 받을 수 있었으며 가지

길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있는 형태이다

lt 궁금한 점 gt

1 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있을 때 바람이 불면 어떻게 될까

2 풍향이 달라지면 무게중심이 치우쳐져 있던 소나무는 어떻게 될까

3 줄기가 일부분 끊어지거나 늘어났을 때 바람의 방향이 바뀌면 어떻게 될

까

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탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

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바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

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3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

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나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

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다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 39 -

탐구2 곤파스 태풍은 비틀려 부러진 소나무에 어떤 힘을 작용했을까

태풍의 풍속이 급격하게 변함에 따라 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 바깥쪽부

터 끊어지는 것을 알았다 순간적으로 큰 힘을 더 받으면 직각으로 부러졌지만 그

렇지 않은 경우에는 줄기의 한부분만 끊어지거나 늘어나 휘어진다 이 때 풍향의

변화는 소나무의 줄기에 어떤 힘을 작용하였는지 탐구하였다

가 탐구 목표

풍향의 변화가 어떻게 소나무를 비틀어 부러뜨렸는지 탐구한다

나 풍향의 변화와 소나무의 비틀림 관계

1) 가설

∘ 풍향의 변화로 소나무가 비틀려 부러질 것이다

2) 탐구 방법

가) 비틀리는 정도를 시각화할 수 있는 모형을 제작하였다 소나무가 부러

지는 조건탐구의 탐구2번에서 사용한 모형줄기 다발을 이용하였다

나) 모형줄기 다발이 휘어지는 모습을 측정하기 위한 다양한 방법을 생각했

지만 최종적으로 광섬유를 사용하기로 하였다

다) 모형줄기 다발에 광섬유를 일직선상으로 여러 가닥 매달아 놓고 LED

불빛을 사용하여 각 지점이 비틀어지는 것을 관찰하였다

라) 바람을 이용한 실험이 불가능하여 일정한 힘으로 잡아당겨 비틀리는 정

도를 확인하였으며 비틀리는 정도는 광섬유에 의한 LED 불빛을 투명

한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점을 표시하여 나타내었다

마) 비틀릴 때 LED 불빛이 비춰지는 길이를 동일하게 하기 위해 투명한

OHP필름을 원통형(반지름 20cm)으로 세워놓았다

[그림 36] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 실험 모형 제작

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

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마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

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2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 40 -

바) 무게 중심의 위치는 모형다발에 수직으로 핀을 박아 한쪽에 줄을 매달

고 잡아당겨 나타내었다

[그림 37] 풍향 변화에 의한 비틀림 정도 모형 실험

사) 무게 중심이 중앙에 있는 것과 한쪽으로 치우쳐져 있는 경우로 나누고

한쪽 방향으로 잡아당길 때와 방향을 바꾸면서 잡아당길 때의 4가지 경

우의 비틀림을 확인하였다

아) 풍속의 급격한 변화로 소나무의 진동이 커지면서 줄기의 한쪽 부분이

끊어지는 등 변형이 있을 경우의 비틀림 정도는 어떤지 확인하였다 이

때 무게중심은 한쪽으로 치우쳐진 상태로 탐구하였다

무게 중심의 위치 줄기의 변형

①무게 중심이중앙에 있는 경우

②무게 중심이한쪽에 치우쳐져있는 경우

③줄기의 변형이없는 경우

④줄기의 변형이있는 경우

[A]한방향

에서

잡아당

길 때

[B]방향을

바꾸면

서

잡아당

길 때

A1 A2 A3 A4

B1 B2 B3 B4

lt표 15gt 풍향 변화에 의한 소나무의 비틀림 정도 실험 방법 고안

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3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 41 -

3) 탐구 결과

가) 투명한 OHP필름을 통해 비춰지는 지점의 변화

(1) 휘어지거나 비틀렸을 때의 변화

(가) 줄기다발을 휘었을 때와 비틀렸을 때 줄기 끝부분으로 갈수록 변화폭이 커진

다

(나) 휘어지는 것은 세로축으로 비틀어지는 것은 가로축으로 변화했다

휘어졌을 때 비틀렸을 때

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

lt표 16gt 휘어질 때와 비틀릴 때의 줄기 변화

(2) 비틀리며 휘어졌을 때의 변화

(가) 비틀림과 휘어짐이 동시에 진행될 때는 가로축과 세로축의 변화가 같이 일어

났고 휘어진 지점과 비틀려진 지점이 만나는 합점으로 변화되었다

(나) 많이 휘어지고 비틀려질수록 합점으로 변화되는 길이가 길어졌다

비틀리며 휘어졌을 때 [A4] 측정 결과

광섬유에

의한

LED 불빛점

위치

길이

lt표 17gt 비틀리며 휘어질 때의 줄기 변화

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 42 -

나) 비틀림 정도 분석

실험 결과 분석내용

무게

중심의

위치

- 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐져있는 상태에서 잡아당길 때 비틀리는 정도가 컸다

- 한 방향으로 잡아당긴 경우보다방향을 바꾸면서잡아당겼을 경우비틀리는 정도가컸다

줄기의

변형

- 줄기의 변형이생겼을 때 비틀리는 정도가 컸다

- 줄기의 변형이있는 상태에서 잡아당기는 방향을바꾸면 더 많이비틀어지며 부러졌다

lt표 18gt 비틀림 실험 결과 분석

크기비교 B4 gt B2 = B3 gt B1 gt A4 gt A2 = A3 gt A1

항목 풍향의 변화 무게중심의 쏠림 줄기의 변형

B4

B2=B3 times

B1 times times

A4 times

A2=A3 times times

A1 times times times

lt표 19gt 비틀림 정도 크기 비교

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 43 -

다) 일상생활에서 힘의 방향 변화로 인한 움직임 탐구

한 방향으로 밀기 방향을 바꾸며 밀기

[그림 38] 방문 열고 닫기

(1) 방문의 손잡이는 문의 끝부분에 있다 이는 방문의 축으로부터 멀리 떨어져

있는 형태이다 축과 가까운 곳에서 방문을 열려면 많은 힘이 들지만 축과 먼

손잡이를 밀면 쉽게 열 수 있다

(2) 마찬가지로 소나무의 가지가 한쪽으로 길게 뻗치면 무게중심도 줄기와 멀어지

면서 좀 더 쉽게 회전이 되며 비틀려진다는 것을 알게 되었다

(3) 문을 미는 팔이 문과 직각을 이룰 때 문이 잘 열린다 문은 축을 중심으로 회

전하기 때문에 우리는 무의식적으로 미는 팔의 방향을 달리한다는 것을 알았

다

(4) 의식적으로 팔의 미는 방향을 한 방향으로 밀었더니 문은 더 이상 열리지 않

았다 이는 소나무 수관에 바람이 한 방향으로 불었다면 비틀리지 않고 지탱

했을텐데 방향이 변하면서 비틀려 부러졌음을 이 탐구를 통해 쉽게 알 수 있

었다

4) 결과해석

가) 무게 중심이 중앙에 있는 경우 비틀리는 것보다 휘어지는 정도가 컸다

나) 많이 비틀리며 휘어질수록 표시점의 이동거리가 길었다

다) 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져 있으며 힘의 방향이 변하면 비틀림 정도

가 커졌다

라) 줄기의 변형이 있을 때 비틀림 정도는 더욱 커졌다

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 44 -

라 소나무가 비틀려 부러지는 과정의 학습만화 제작

[그림 41] lsquo비틀려 부러진 소나무의 비밀rsquo 학습 만화

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 45 -

마 토의 및 분석

1) 태풍의 풍향 변화는 소나무를 비틀리게 하는 주원인이다

2) 태풍에 의해 줄기 일부분이 변형되고 풍향이 바뀌었을 때 소나무는

더 쉽게 비틀리게 된다

lt 알아낸 점 gt

1 수관의 모양이 비대칭으로 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의

힘도 다르게 작용한다

2 소나무의 비틀림은 태풍의 풍향 변화와 관계가 크다

3 태풍에 줄기가 변형된 소나무는 풍향에 더 큰 영향을 받는다

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 46 -

Ⅴ 탐구 요약 및 결론

1 탐구 요약

과 정 과 제 알 아 낸 점

탐구 1 rarr

① 태풍은 열대성 저기압 공기의 운동에너지이다

② 태풍은 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 변한다③ 우리고장은 곤파스 태풍의 위험반원 지역에 놓임으로써 피해가 커졌다

사전탐구

(태풍과 소나무

특성 탐구)

탐구 2 rarr소나무의 모양은 지방별로 다르며 서산지역의 소

나무는 중남부평지형의 고유수형을 가지고 있다

탐구 3 rarr우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 남동풍의

영향은 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

① 태풍의 눈의 이동에 따라 풍속과 풍향이 시시각각 변하며 변화의 폭이 크다

② 우리고장에서 곤파스 태풍의 최대풍속이 일어난풍향은 남동풍이다

③ 소나무가 대체적으로 최대풍속이 불었던 방향에의해 쓰러졌지만 여러 방향으로 쓰러져 일정하지 않았다

탐구과제1

(곤파스 태풍과

주풍의 성질 탐구)

탐구 2 rarr① 우리고장의 주풍은 남남서(SSW)풍이며 풍속과풍향의 변화폭이 작다

② 우리고장은 남동풍의 영향을 거의 받지 않는다

탐구 1 rarr

수고에 대한 수관너비가 크고 수관고가 짧으면 지

렛대의 원리와 같이 줄기 끝부분에 큰 힘이 작용하

여 잘 부러지는 형태이다탐구과제2

(소나무가 부러지는

조건 탐구)

탐구 2 rarr

① 풍속의 급격한 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 한다

② 줄기의 진동이 커질수록 줄기의 변형이 이루어지며 늘어나는 곳의 바깥쪽부터 부러진다

탐구 1 rarr

① 우리고장 소나무는 주풍에 적응한 형태로 곤파스태풍의 최대풍속이 있었던 남동풍에는 잘 부러지는 형태를 지녔다

② 남향의 경사에서 생장한 소나무는 방향별로 가지의 길이가 달라 무게 중심이 한쪽에 치우쳐져있는 형태이다탐구 과제3

(곤파스 태풍이

작용한 힘 탐구)

탐구 2 rarr

① 무게중심이 한쪽으로 치우쳐져 있으면 태풍의 힘도 무게중심이 있는 곳에 더 큰 힘으로 작용한다

② 풍향의 변화로 수관너비의 큰 부분이 비틀리고부러지면서 무게 중심에 의해 더욱 비틀려졌다

③ 풍속의 급격한 변화에 인한 줄기의 변형은 풍향변화에 의해 더 쉽게 비틀리게 한다

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 47 -

2 결론

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo를 탐구해 본 결과 다음과 같

은 결과를 얻었다

가 탐구 과제 1 - 곤파스 태풍과 주풍의 성질을 파악하였다

1) 태풍은 눈의 이동에 따라 시시각각 풍속과 풍향의 변화가 크며 곤

파스태풍은 최대풍속으로 남동풍이 불었다

2) 우리고장은 남남서(SSW)풍이 주풍이며 풍속과 풍향의 변화폭이

작고 남동풍은 거의 불지 않아 영향을 받지 않는다

나 탐구 과제 2 - 소나무가 부러지는 조건과 태풍의 급격한 풍

속의 변화와의 관계를 탐구하였다

1) 우리고장의 소나무는 중남부평지형으로 수관이 넓고 줄기 끝부분에

퍼져 있는 형태이다 이러한 형태는 지렛대 원리와 같이 바람에 의

한 줄기부분이 큰 힘을 받기 때문에 잘 부러지는 형태이다

2) 태풍의 급격한 풍속 변화는 소나무 줄기의 진동을 크게 하여 쉽게

부러지는 상태를 만들어준다 진동이 클수록 잘 부러지며 부러지지

않더라도 진동에 의해 늘어나는 줄기의 바깥쪽 부분이 끊어지거나

변형이 된다

다 탐구 과제 3 - 태풍의 풍향 변화가 고정되어 있는 소나무에

어떤 영향을 주는지 탐구하였다

1) 우리고장 소나무는 주풍인 남서풍에 바람의 저항을 최소화할 수 있

는 수관형태를 지니고 있다 그런데 곤파스 태풍은 남동풍에서 최

대풍속으로 불어오고 풍향도 시시각각 변했다 남서풍에 최소화 할

수 있었던 형태는 남동풍에 부러지기 쉬운 형태이다

2) 남동풍에 부러지기 쉬운 형태인데 태풍의 최대풍속은 남동풍이었고

풍속의 변화폭이 커서 진동이 커지며 줄기 바깥쪽은 변형이 잘 되

는 조건을 가지게 되었다 수관의 무게중심이 한쪽에 치우쳐져 있

는 상태에 풍향이 바뀌면서 변형이 되었던 줄기부분이 견디지 못

하고 비틀려지게 되었다 비틀려진 과정을 학습만화로 제작하여 쉽

게 이해할 수 있도록 하였다

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

- 48 -

3 탐구를 마치며

단순히 강한 바람에 의해 부러졌을 것이라는 생각에서 시작하여 태풍의 성질을

이해하고 변화무쌍한 태풍의 성질이 고정되어 있는 사물에 작용하는 힘의 관계를

알게 되었다

초등학생으로서 과학적 탐구방법을 생각해내고 실행시키는데 큰 어려움이 있었고

내가 탐구한 방법이 최고 좋은 방법이라고 말할 수는 없지만 최선의 방법이었다고

생각한다

탐구과정 속에서 기상청 서산기상대 태풍연구센터 산림청 산림과학연구원 등

수많은 전문가들로부터 상담을 받으며 내 자신이 한층 커져 있음을 깨닫게 되었다

특히 만화 속에서나 볼 수 있었던 박사님들과의 인터뷰는 잊지 못할 흥미로운 사건

이었다 어떤 질문에도 척척 친절하게 대답해주시는 산림과학연구원의 박사님들과

의 만남은 정말 행복하고 신이 나는 시간들이었다 단순한 호기심에서 원리를 깨닫

게 되는 순간 앎의 즐거움이 이렇게 소중하고 큰 것임을 알게 되었다

lsquo곤파스 태풍에 부러진 소나무는 왜 비틀려 있을까rsquo 연구를 통해 내 장래 희망도

바뀔 것 같은 생각이 든다 10～20년 내로 우리나라 기후가 아열대로 바뀌면서 슈

퍼태풍이 올 수 있다는 예측이 나오는데 좀 더 태풍과 관련한 연구를 많이 하여 태

풍으로부터의 피해를 줄이는데 앞장서고 싶다

- 49 -

참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto

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참고자료

1 lsquo森林動態の 林地保全機能に 及ぼす 影響に 關する 硏究rsquo 김석권

1994 p95

2 학습용 풍동의 연기 유동가시화 장치 개발 임창수 한국교원대 대

학원 2008 pp 31-42

3 수송 기술에 적합한 학습용 풍동의 힘 측정 장치 개발 이성구 한

국교원대 대학원 2007 pp 25-26

4 한국산 유용수종의 목재성질 정성호 외 1명 국립산림과학원 2008

5 그린과학기술원 httplandtreecokr 수목관리 게시물

6 기상청 httpwebkmagokr 기상백과 및 보도자료

7 서산시청 httpwwwseosangokr 산림현황 자료

8 소나무 홈페이지 httpc0cwoto