자이로스코프 실험 레포트

소개글

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목차

1 – Subject(주제)
2 – Date(날짜)
3 – Purpose(목적)
4 – Principle(이론)
5 - Apparatus & Reagent (기구 및 시약)
6 - Procedure (실험과정)
7 - Result(결과)
8 - Discussion(토의)
9 - Reference(참고문헌)

본문내용

1 – Subject(주제)
자이로스코프

2 – Date(날짜)

3 – Purpose(목적)
토크와 각운동량을 이해하고 자이로스코프의 세차운동과 장동운동을 관찰한다.

4 – Principle(이론)
물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량을 토크라고 한다.토크는 물체에 작용하는 힘과 회전중심으로부터 힘이 작용하는 연장선까지의 수직거리를 곱한 값과 같다.

위의 식을 벡터식으로 표현하면 다음과 같다.

병진운동의 선운동량 에 대응하는 회전운동의 물리량을 각운동량 이라고 한다. 과의 관계는 토크와 힘의 관계 와 동일하며 다음과 같이 정의한다.
전류는 운동하는 전하의 모임이며 이 전류 가 길이인 도선을 따라 흐른다면, 은 이다.
물체에 힘 가 작용할 때 물체의 속도와 선운동량이 변하는 것과 마찬가지로 토크가 작용할 때 각운동량이 변하게 되나. 각운동량 과 토크 사이에는 다음의 관계가 성립한다.

x축에 대해서 회전 초기각운동량이 x축에서 0이아닌값을 가진다. 관성바퀴가 회전하면 무게는 여전이 –z축으로 작용하고 무게 토크는 y축 방향으로 작용한다. 관성바퀴각운동량은 벼노하하지 않으며 xy평면에서 회전시킨다.
한편 xy평면상에 놓이 얇은 강체가 z축을 중심으로 각속도 fh 회전한다고 하면 강체를 구성하는 입자는 원점을 중심으로 원운동을 한다. 입자의 순간속도벡터 는 위치벡터 에 수직이다.
원점 에서의 거리 에 있는 질량 인 입자의 속력은 이다. 따라서 각운동량의 크기 는 다음과 같다.

따라서 xy평면상에 높인 얇은 강체의 총 각운동량 L은 다음과 같다.

여기서 는 강체의 관성모멘트라 불리는 양이다. 이를 더 일반화하여 계산하면 ㄷ음과 같이 각운동량 과 각속도 사이의 관계식을 구할 수 있다.

회전하는 물체의 회전축의 방향이 바뀔 때 직관저으로 쉽게 이해할 수 없는 신기한 물리적 현상이 발생한다. 이를 보여주는 대표적인 사례가 자이로스코프이다.
자이로스코프의 회전축 한 쪽 끝을 고정점에 얹은 후 회전축을 수평으로 유지한 상태에서 가만히 놓으면 관성바퀴가 회전하지 않을 경우 최전축의 반대쪽은 중력에 의해 아래로 떨어지게 된다.

참고 자료

건국대학교 물리학과, 북스힐 <일반물리학실험>, 2020, p80-85