자이로스코프 결과 보고서

목차

1. Motion of a Solid Sphere, Part 1
1) 기본 물리량 측정 및 계산 방법
2) 실험 결과
3) 실험값과 이론값의 비교

2. Motion of Gyroscope, Part 1
1) 관성바퀴를 회전시키지 않았을 때
2) 관성바퀴를 회전시켰을 때

3. Motion of Gyroscope, Part 2
1) 실험결과

4. Precession Angular Speed
1) 물리량 계산 방법
2) 실험결과

5. Nutation
6. 결과 설명

7. 토의 및 건의사항
1) 오차의 원인

본문내용

실험2 ) Motion of Gyroscope, Part 1
관성 바퀴의 회전 여부가 자이로스코프의 운동에 미치는 영향을 관찰한다. 관성바퀴가 회전하지 않는 상태에서 중심축의 끝을 밀어준 후 수평축의 운동을 관찰하고, 회전시킨 상태에서 운동을 관찰한다.

실험 결과
1. 관성바퀴를 회전시키지 않았을 때
무게 중심을 잘 맞춘 관성바퀴를 회전시키지 않고 수평축에 힘을 가하면 손으로 밀어준 방향대로 회전한다.
2. 관성바퀴를 회전시켰을 때
수평축이 일정한 방향으로 회전하면서 수평으로 운동하는 모습을 보여준다. 수평으로 운동하다가 시간이 지나면 중력에 의해 아래로 하강한다.

질문 1. 관성 바퀴의 회전 여부에 따른 자이로스코프 회전 중심축(수평축) 운동의 차이는 어떠한가? 이와 같은 현상이 발생하는 원인은 무엇인가?
- 관성바퀴가 회전하지 않는 상태에서는 아래로 점점 빨리 회전하여 원형의 경로를 따라 하강하는 운동을 한다. 이는 자이로스코프의 중심축이 가지는 각운동량이 자이로스코프가 고정점에 대해 가하는 토크에 의해 지표면 아래 방향으로 일정하게 증가하기 때문이다.
- 관성바퀴가 회전하는 상태에서는 회전 중심축은 하강하지만 일정한 높이를 유지하면서 세차운동을 한다. 이는 관성바퀴가 회전하는 상태에서는 초기 각운동량이 0이 아니기 때문에 각운동량의 변화량이 축에 수직한 방향으로만 나타나기 때문이다.

실험3 ) Motion of Gyroscope, Part 2
회전하는 관성 바퀴에 지속적인 힘을 가했을 때 수평축의 운동을 관찰한다. 바퀴를 회전시킨 상태에서 관성 바퀴 중심축에 실을 이용해 힘을 가하고 운동을 관찰한다. 바퀴는 줄을 걸어 당긴 쪽에서 바라봤을 때 반시계 방향으로 회전시켰다.
실험결과
회전하던 관성바퀴에 힘을 가했을 때, 실험 2번에서 관찰했던 회전을 시켰을 때의 자이로스코프에서 회전을 하지 않는 형태의 자이로스코프로 변하는 모습을 보였다. 또한 위쪽 방향으로 힘을 가했을 때와 아래 방향으로 힘을 가했을 때의 운동 변화가 동일하게 관측되었다. 반시계 방향으로 관성바퀴를 돌렸을 때는 운동의 방향이 시계 방향임을 관측할 수 있었다.

참고 자료

phylab.yonsei.ac.kr : 연세대학교 물리학실험실
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 일반물리학 개정9판 제 1권. 범한서적주식회사.