기계공학전공 4대역학 기구동역학 자이로스코프 실험

목차

1. 실험목적
2. 기본 이론
3. 장비 설치
4. 실험 절차
5. 실험 결과
6. 오차 분석 및 보완

본문내용

3축 자이로스코프 장치를 이용하여 강체의 회전 운동 중 위의 경우는 세차운동을 관찰할 수 있었다.
세차운동은 다음과 같이 설명할 수 있다.

고속으로 회전하고 있는 회전체에 그 회전축과 일치하지 아니하는 토크를 작용하여 회전축의 방향을 변화시키도록 힘을 가하면 회전축은 자체의 회전으로부터 생긴 운동량 벡터와 외부에서 가한 토크의 벡터와의 합성벡터의 방향으로 가장 가까운 길을 찾아서 그 회전축의 방향을 변화시키려고 하는 현상이다.

이러한 원리를 이용한 것이 자이로스코프이고 우리는 그러한 세차현상을 확인할 수 있었다.
또한, 회전운동센서를 통해 Precession angle과 각 angle의 시간을 그래프 화할 수 있었고 이를 통해서, Precession rate(세차율 또는 세차운동 각속력) 실험값을 구할 수 있었다. 이는 다음과 같이 세차운동 각속력 이론값과 비교할 수 있었다. 세차운동 각속력 이론값은 다음과 같다.

<중략>

이 식을 통해 구한 세차율(이론값)과 실험데이터를 통해 구한 세차율(실험값)을 마지막에 비교해봤다. 오차는 16.6%의 20%의 이내였다. 뒤에서 다룰 여러 가지 오차요인을 보완한 이상적인 상황이라면 각속력의 이론값과 실험값이 같아야 함을 이해할 수 있다.
또한 이를 바탕으로 세차율을 구하는 실험, 이론적인 방법과 더불어 그 현상을 관찰하고 이해할 수 있었다.

2) 장동(Nutation, 끄덕임 운동)

(1) 초기 위치 및 초기 속도에 따라 아래와 같이 세 가지 패턴의 데이터를 얻을 수 있다.
각각의 경우를 정성적으로 설명할 수 있는가?

왜 이렇게 세 가지 패턴의 데이터가 나왔고, 각각의 차이는 무엇인지 분석해보려고 한다. 우선 자이로스코프의 수평 방향의 무게 평형이 깨지기 전에 원판 자체가 회전하고 있기 때문에 이 자이로스코프에 대한 각운동량은 이다.
따라서 만약 Hanging mass에 의해 무게의 평형이 깨져서 중력에 의한 영향이 생기지 않았다면 원판은 계속 도는 채로 수평 상태를 유지하고 있었을 것이다.

참고 자료

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9E%90%EC%9D%B4%EB%A1%9C%EC%8A%A4%EC%BD%94%ED%94%84」 2016.06.04. 확인.)
Google image, (장동운동의 패턴, 세차운동의 모략도, 오른손 법칙, 「자이로스코프」, 『Google』 2016. 06. 04 확인.)