회전하는 팽이는 왜 쓰러지지 않는 것일까요?

Question

팽이가 회전하는 동안은 쓰러지지 않다가, 회전을 멈추면 쓰러지고 마는데요. 어떤 원리에 의해서 회전하는 팽이는 쓰러지지 않는 것인가요?

Answer 1

회전하는 팽이가 쓰러지지 않고 일정한 방향으로 회전하는 이유는 운동량 보존 법칙과 강체의 회전 운동에 대한 물리 법칙 때문입니다.

운동량 보존 법칙에 따라, 시스템 내에서 운동량의 총량은 변하지 않습니다. 따라서, 팽이가 회전하기 전에는 정지 상태였고 운동량이 0이었지만, 팽이가 회전하기 시작하면서 회전 운동에 의한 운동량이 발생하게 됩니다. 이 때, 팽이의 회전축 주변에 위치한 물체들은 팽이의 회전운동에 의한 힘을 받게 되는데, 이 힘은 물체들이 팽이의 회전축 주변에서 일정한 거리를 유지하도록 유지해줍니다.

또한, 강체의 회전 운동에 대한 물리 법칙에 따라, 회전하는 강체에는 중심축 주변의 각 위치에서 회전 운동의 속도가 다릅니다. 따라서, 중심축에서 멀어질수록 회전 운동의 속도가 더 빨라지게 됩니다. 이러한 속도 차이에 따라서, 회전축 주변에 위치한 물체들은 일정한 각 속도를 유지하면서 회전하게 되고, 이로 인해 팽이가 쓰러지지 않고 회전하는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 과학전문가입니다.

회전하면 각운동량이 보존되기 때문에 쓰러지지 않습니다. 자전거가 안쓰러지는 이유와 같은 맥락입니다. 지속적인 회전 관성이 생기면서 계가 안정화가 되는 것이죠^^

Answer 3

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

팽이에 힘을 가하면 구심력이 중심을 잡고 원심력에

의해서 돌면 원심력이 힘에 작용에 의해서 회전관성이 생겨서 질량이 안전하게 회전 하는것입니다

Answer 4

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.

회전하지 않을 때라도 평형을 잘 맞추면 서 있게 할 수 있습니다. 그런데 그 상태에서 조금만 움직여도 넘어져 버리고 말지요. 그런 평형을 불안정 평형이라고 합니다.

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그런데 팽이를 거꾸로 (넓은 면이 밑으로) 세우면 쓰러지지 않지요. 안정 평형이기 때문입니다.

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Answer 5

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

회전하는 팽이가 쓰러지지 않는 이유는 물리학적인 원리인 회전운동량 보존의 법칙에 기인합니다.

회전운동량 보존의 법칙에 따르면, 회전하는 물체의 운동량은 회전축을 따라 일정하게 유지됩니다. 즉, 팽이가 회전하면, 회전운동량은 일정하게 유지되며, 팽이의 회전 중심을 따라 일정한 속도와 방향으로 회전하게 됩니다.

따라서, 팽이의 아래 부분이 땅과 마찰하게 되어도, 팽이의 회전운동량은 변하지 않고, 회전 중심 주변을 중심으로 회전하기 때문에 팽이가 쓰러지지 않고 균형을 유지하는 것입니다.

그러나, 팽이가 일정한 속도로 회전하려면 팽이의 중심이 일정하게 움직이는 것이 중요합니다. 팽이의 중심이 움직이게 되면, 회전운동량은 보존되지 않으며, 팽이는 쓰러질 수 있습니다. 이러한 이유로 팽이의 모양이나 크기 등이 변경되면 회전 중심이 바뀌어서 팽이가 쓰러질 수 있습니다.

Answer 6

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.팽이가 회전하는 동안에는 자전운동으로 인해 중심축 주변의 질량이 회전하는 축 주변으로 이동하게 됩니다. 이 과정에서 중력과 마찰력의 상호작용이 일어나면서 팽이는 일정한 각속도와 안정적인 자세를 유지합니다.

즉, 팽이가 회전하는 동안에는 회전운동의 각동력과 중력, 마찰력이 균형을 이루면서 안정적인 상태를 유지합니다. 이 때, 회전운동의 각동력은 중심축 주변의 질량이 회전하는 축 주변으로 이동하면서 발생하는 관성력입니다. 이 관성력이 중력과 마찰력과 균형을 이루면서 팽이는 쓰러지지 않고 회전을 계속합니다.

하지만 팽이의 회전운동이 멈추게 되면, 중심축 주변의 질량이 이동하지 않기 때문에 회전운동의 각동력이 사라지게 됩니다. 이 때, 중력과 마찰력이 여전히 작용하면서 팽이는 중심축 방향으로 기울어지면서 쓰러지게 됩니다.

따라서, 팽이가 회전하는 동안에는 회전운동의 각동력과 중력, 마찰력이 균형을 이루면서 안정적인 상태를 유지하고, 회전운동이 멈추게 되면 중력과 마찰력이 팽이를 쓰러뜨리게 됩니다.

Answer 7

안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.

팽이는 회전하는 물체이기 때문에 운동량 보존 법칙에 따라 회전하는 동안 운동량이 일정하게 유지됩니다. 즉, 팽이의 회전 운동에너지는 회전 중심 축 주변으로 돌아다니는 질량의 운동량과 관련이 있습니다.

또한, 회전하는 팽이는 중력과 같은 외부 힘의 영향을 받지만, 팽이의 모양이나 무게 중심이 일정하게 유지되는 경우에는 중력의 영향이 균형 상태에 있습니다. 이렇게 되면 회전하는 팽이는 쓰러지지 않고 안정적으로 회전할 수 있습니다.

Answer 8

회전하는 팽이가 쓰러지지 않는 이유는 물리학적인 원리 중에서 "자세 보존 법칙"과 "진동의 안정성"이라는 원리 때문입니다.

1. 자세 보존 법칙: 회전하는 팽이에는 각 운동량과 각 모멘트가 있습니다. 이러한 운동량과 모멘트는 회전하는 축 주위로 움직이는 물체의 움직임을 나타내며, 이는 "자세" 또는 "위치"라고도 합니다. 이 움직임은 보존됩니다. 즉, 팽이가 회전하면서 가지고 있는 각 운동량과 모멘트는 회전 중에도 보존되기 때문에 팽이는 자신의 자세를 유지하게 됩니다.

2. 진동의 안정성: 팽이가 회전하는 동안 중심축 주변으로 움직이는 무게 중심은 안정성을 유지합니다. 이는 회전하는 팽이에 중력과 마찰력이 작용하여 무게 중심이 중심축 위에 고정되어 있기 때문입니다. 이러한 안정성은 팽이가 쓰러지지 않고 일정한 각속도로 회전하도록 유지됩니다.

따라서, 회전하는 팽이가 자세 보존 법칙과 진동의 안정성 원리를 따르기 때문에

쓰러지지 않고 일정한 각속도로 회전하게 됩니다.

Answer 9

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

회전하는 팽이가 왜 쓰러지지 않고 세워져 있는지는 물리학적인 원리에 기반합니다.

팽이가 회전하면, 중심축을 기준으로 회전하는 회전운동과 자전운동이 동시에 발생합니다. 회전운동은 팽이가 중심축 주위를 회전하며 발생하는 운동이고, 자전운동은 팽이가 스스로 회전하는 운동입니다. 이때, 자전운동의 각속도가 충분하다면 팽이는 중력과 마찰력의 영향을 받지 않고 안정적으로 회전하게 됩니다.

따라서, 팽이가 쓰러지지 않고 세워져 있는 이유는 자전운동이 중력과 마찰력을 균형시켜주기 때문입니다. 팽이가 회전할 때, 자전운동으로 인해 팽이의 윗쪽은 중력과 마찰력에 반대 방향으로 작용하게 되고, 아랫쪽은 중력과 마찰력의 방향으로 작용하게 됩니다. 이러한 작용으로 인해 윗쪽과 아랫쪽에 작용하는 힘이 균형을 이루어 쓰러지지 않고 세워져 있는 것입니다.

Answer 10

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

사실 팽이의 회전운동에 관해서는 아직 다 알려진 것은 아닙니다.

고전역학의 가장 기본적인 설명을 드리면, 팽이가 회전하게 되면 중심축을 기준으로 토크가 발생하는 데 이토크가 팽이를 쓰러뜨리려는 힘보다 크게되면 팽이는 쓰러지지 않고 자세를 유지 할 수 있게 됩니다.