팽이가 똑바로 설 수 있는 이유는..

Question

팽이를 돌리면 아무리 큰 팽이라 하더라도 똑바로 서서 회전을 하는데 문득 생각해보니 팽이가 이렇게 똑바로 서서 회전할 수 있는 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.

팽이가 똑바로 서서 회전하는 이유는 회전 관성과 무게 중심에 있습니다.

팽이를 돌릴 때, 줄을 감아서 팽이에 각운동량을 전달합니다. 각운동량은 물체의 회전 속도와 질량, 회전축과의 거리를 곱한 값으로, 팽이가 회전하기 시작하면 팽이 전체에 각운동량이 생깁니다.

뉴턴의 제1법칙에 따르면, 외부 힘이 작용하지 않는 한 물체는 일정한 속도로 운동합니다. 팽이가 회전하기 시작하면 팽이에 작용하는 외부 힘은 바닥과의 마찰력과 공기 저항뿐입니다. 마찰력과 공기 저항은 팽이의 회전을 방해하는 힘이지만, 팽이가 충분히 빠르게 회전하고 있다면 이러한 힘을 극복하고 계속 회전할 수 있습니다.

팽이가 똑바로 서서 회전하는 이유는 무게 중심 때문입니다. 팽이의 무게 중심은 팽이 전체 질량이 균일하게 분포된 지점입니다. 팽이가 똑바로 서 있을 때, 무게 중심은 회전축 위에 위치합니다. 이렇게 무게 중심이 회전축 위에 있을 때, 팽이는 회전하면서 흔들리지 않고 안정적으로 회전할 수 있습니다.

만약 팽이가 똑바로 서 있지 않고 기울어져 있다면, 무게 중심은 회전축에서 벗어난 위치에 있게 됩니다. 이렇게 무게 중심이 회전축에서 벗어나 있을 때, 팽이는 회전하면서 흔들리고 결국 쓰러지게 됩니다.

따라서 팽이가 똑바로 서서 회전하는 이유는 팽이가 회전하면서 발생하는 회전 관성과 팽이의 무게 중심이 회전축 위에 위치하기 때문입니다.

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