자이로스코프의 회전축은 회전하지 않나요?

Question

안녕하세요

자이로스코프의 회전자가 회전 할때 회전축은 가만히 있는것처럼 보이던데
회전축은 회전하지 않고 그대로 고정되어 있는건가요?

Answer 1

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

바퀴의 축을 삼중의 고리에 연결해 어느 방향이든 회전할 수 있도록 만든 장치. 방향을 알아내고 유지하는 데 쓰인다.

자이로스코프는 각운동량 원리를 이용한 기계이다. 어느 방향으로든 자유롭게 회전할 수 있는 바퀴가 회전할 때 기계의 방향이 바뀌더라도 회전축이 일정하게 유지된다는 사실을 이용한다. 우주 공간 등 나침반을 쓸 수 없는 상황에서 방향을 알아내는 데 쓴다. 최근에는 MEMS(미세전자기계시스템, Microelectromechanical systems) 기술을 적용해 초소형 전자부품으로도 생산되며 태블릿, 스마트폰 등 전자기기에 널리 사용된다.

간단한 자이로스코프의 구조는 그림1과 같다. 회전할 수 있는 원판을 회전자라고 하고, 회전자가 연결되어 있으며 회전할 수 있게 연결된 고리를 짐벌이라고 한다. 바깥쪽 고리와 연결되는 지점은 안쪽 고리와 연결되는 지점 또는 바퀴의 회전축과 수직이다. 마찰을 최소화하도록 베어링으로 연결해서 회전자가 계속 돌 수 있도록 한다.

그림 1. 자이로스코프의 구조. 바퀴의 회전축을 베어링을 이용해 세 개의 고리에 차례로 연결해서 어떤 방향이든 자유롭게 향할 수 있다.

자이로스코프는 기본적으로 회전축이 어느 방향이든 향할 수 있는 팽이라고 할 수 있다. 회전축이 중력 방향과 다른 경우 돌림힘이 작용해 그림2와 같이 세차운동을 하게 된다. 이때 축이 회전하는 방향은 원래 회전 방향의 반대가 된다. 자전축이 정확히 연직 방향이면 세차운동이 생기지 않으므로 수평을 확인하는 데 쓸 수도 있다.