[과학일기]조선시대 획기적인 발명품, 자격루

제 13회 창의력 글쓰기 대회 과학일기 우수상
와이즈만 영재교육 부산남구센터 4학년 신승헌


자격루 탄생의 역사적 배경

우리나라 최초의 자동 물시계인 자격루에 대해 탐구해 보았다. 자격루는 조선시대 세종대왕이 밤에 시찰을 하다가 물시계를 지키는 군졸이 밤에 잠도 못 자는 것을 보고, 장영실에게 자동으로 울리는 시계를 만들게 했다는 일화가 전해진다.


조선시대는 농업국가였기 때문에 하늘의 움직임을 살펴 24절기와 시간을 백성들에게 알려주는 것이 매우 중요한 일이였다. 세종대왕은 과학이 발달하면 자연의 이치를 깨달아 농사를 더 잘 지을 수 있다고 생각했고, 실제로 세종대왕 때 엄청난 과학기술이 발전하였는데 특히 천문과학 분야에서 뛰어난 업적을 많이 남겼고, 백성들의 실생활에 도움이 되는 기기들이 많이 나왔다. 


천문 관측 기구인 혼천의, 간의, 해시계인 앙부일구, 현주일구 뿐만 아니라 물시계인 자격루 강우량을 측정하는 측우기도 세종시대에 발명된 과학 기기들이다. 나는 그 중에서도 일정한 시간이 되면 어떻게 저절로 종을 쳐서 시간을 알릴 수 있었는지 그 원리가 알고 싶어졌다. 지금은 많은 기계들이 발달되어 있지만 조선시대에 물시계와 연결되는 자동 기계 장치를 만들 수 있었다는 것이 신비롭게 생각되었기 때문이다. 자격루의 원리를 알아보기 위해 실제 모형을 만들어 궁금증을 해결해 보기로 하였다. 



자격루의 원리

1. 맨 위의 큰 독에 물을 가득 부으면 아래에 작은 독을 거쳐 맨 아래쪽 긴 물받이 통으로 흘러든다.

2. 통에 고인 물의 높이가 높아지면 그 위에 떠 있는 부전도 올라가 정해진 눈금에 닿는데 이때 지렛대 장치를 건드려 쇠 구슬을 구멍 속에 굴려 넣어 준다.

3. 쇠구슬이 떨어지면 인형과 연결된 끈이 올라가 인형의 팔을 들게 한다.

4. 쇠구슬이 아래로 떨어지면 끈이 내려 오면서 종을 치게 된다. 


제작과정 설명 

페트병 자르기→페트병 구멍 뚫기→글루건으로 붙이기→수수호에 구멍 뚫어 빨대 연결→우드록에 구멍 뚫기→부전 넣기→빨대 연결→ 상자로 계단 만들고 파수호 고정시키기→파수와 수수호 연결→지렛대 붙이고 구슬이 떨어질 컵 준비하면 끝!



자격루 제작 과정과 실험

1) 준비물

부피가 각각 다른 페트병 3개, 박스, 물, 글루건, 우드록, 빨대, 구슬, 긴 관, 인두, 받침대


2) 제작과정

1. 페트병을 높이가 각각 다르게 3개를 잘라 준비한다.

2. 높이가 다른 상자 2개를 계단식으로 연결시킨다.

3. 고무패킹과 긴 빨대를 이용하여 부전을 만들고 수수호 안에 부전을 설치하고 부력을 이용하여 부전을 떠오르게 한다.

4. 1번의 페트병 아래에 구멍을 뚫고 물이 아래로 흐르도록 빨대를 연결시킨다.

5. 떠오르는 부전이 정지해 있는 구슬을 자동 시보 장치로 이동시킬 수 있는 지렛대를 만든다. 


3) 실험과정

처음 페트병(파수호)에 천천히 물을 부으면 빨대를 통해 두 번째 페트병(수수호)으로 물이 흐르고 부력으로 인해 부전이 떠오르게 된다. 떠오른 부전이 지렛대를 작동시키고 구슬은 자동 시보 장치로 이동한다. 자동 시보 장치의 소리가 시간을 알리는 역할을 한다. 


4) 개선할 점과 새롭게 알게 된 점

이번 실험에서는 물의 부력에 의해 부전이 떠올라 지렛대를 작동시키고 구슬을 이동시키는 과정까지만 간단하게 실험을 하였다. 실제 자격루에서는 구슬이 자동 시보 장치로 이동하면 인형이 나와서 종을 치는 구조로 되어 있다. 


다음 실험에서는 자동 시보 장치를 좀 더 공부하여 실제 자격루와 더 비슷하게 만들어 보고 싶다. 그리고 파수호에서 물이 떨어지는 양이나 속도에 따라서도 엄청난 차이가 있을 것 같은데 부전이 떠오르는 시간을 어떻게 일정하게 유지하는지 좀 더 연구해 보고 싶다. 



5) 실험을 통해서 느낀 점

올해 4월에 몇 십년에 걸쳐서 자격루가 완전히 복원이 되어 원형에 가까운 모습을 찾았다고 한다. 조선 왕실의 유물을 집중적으로 다루는 국립고궁박물관에 전시가 되어 있는데 꼭 가서 실물을 보고 싶다. 그 당시에는 사람의 손이 닿지 않아도 때가 되면 인형이 나와 종을 쳐서 시간을 알려 준다는 것이 아주 획기적인 발명품이였을 것이다. 


세종대왕의 백성들이 불편한 부분을 해결해 주기 위한 따뜻한 마음이 이렇게 수 많은 과학 발명품이 탄생하게 된 계기였던 것 같다. 세종대왕과 장영실 등 많은 과학자들의 노력으로 새로운 세상이 열린 것처럼 나도 평소에 궁금했던 과학적 현상들을 그냥 호기심으로 그치지 않고 열심히 연구해서 과학이 우리의 생활과 어떻게 연결되어 있고, 또 우리의 생활에 어떤 영향을 줄 수 있는지 고민하는 학생이 되고 싶다.


 

[심사평]

신승헌 학생은 <세종시대 첨단과학, 자격루>에서 자격루의 작동 원리, 자동 시보 장치에 관한 탐구와 자격루에 대한 자료를 분석을 거쳐 창의적인 자격루를 만들어 보고 일기를 작성하였습니다.

자격루의 역사적 배경과 자격루의 원리를 잘 정리하였고, 자격루의 자동 시보 장치를 직접 만들어 보는 과정을 글과 그림으로 잘 나타내주었습니다. 자격루를 만들어 보면서 개선하고 싶은 점과 더 탐구하고 싶은 주제를 생각해 본 점이 훌륭합니다. 또한, 자격루를 만들기까지 세종대왕이 어떤 마음과 어떤 생각으로 만들게 되었는지 헤아려 본 점이 인상깊었습니다.

승헌 학생이 일기에 적은 것처럼, 평소에 궁금했던 과학적 현상들을 호기심으로 그치지 않고 열심히 연구해서 우리의 일상생활에도 영향을 줄 수 있는 학생이 되고 싶다고 한 마음 잊지 말고, 세종대왕과 장영실처럼 사람들에게 새로운 세상을 열어주는 과학자가 되길 응원합니다.



[작품 원본 보기 ▽]


[위 작품은 와이즈만 영재교육과 와이키즈에서 개최하는 ‘수학・과학 창의력 글쓰기 대회’ 에 출품된 작품입니다.] 



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