자전거 자이로스코프(세차운동)

 

 

 

 

목  적 : 각운동량의 시간적 변화율이 토크임을 알고 세차운동의 원리를 안다.

 

준비물 : 자전거 자이로스코프, 지지대(혹은 줄).

 

방  법 :

①  [그림1]과 같이 바퀴를 회전시키지 않고 축의 한쪽을 지지대로 지지하고 바퀴를 가만히 놓아본다. 바퀴는 어떻게 되나?

②  이번에는 [그림2]와 같이 바퀴를 반 시계방향으로 회전시킨 후 바퀴를 놓아본다. 바퀴가 위①의 경우와 같이 아래로 떨어지는가? 위에서 보면 바퀴가 어느 방향으로 회전하는가?

③  이번에는 바퀴를 시계방향으로 회전시킨 후 위의 ② 과정을 되풀이 해보자. 바퀴는 어느 방향으로 회전하는가?

 

결  과

①  [그림1]과 같이 바퀴가 회전하지 않을 때에는 자이로스코프를 놓으면 y축을 회전축으로 하여 아래로 돌면서 떨어진다.  이때 Mg에 의한 토크(τ)는 오른쪽(y)방향이 된다.

②  [그림2]에서 바퀴가 반 시계 방향으로 회전시키면서 놓으면 바퀴는 아래로 떨어지지 않고 수평을 유지한 채 위에서 보면 z 축을 회전축으로 하여 xy평면에서 시계방향으로 회전을 한다.

③  반대방향으로 회전한다.

 

원  리 :

 

그림1. 회전하지 않을 때                                             그림 2. 회전 할 때  

 

그림 3. L 벡터가 그리는 경로