자이로스코프 작동 방식

자이로스코프는 독특한 방식으로 움직이고 중력을 무시하는 것처럼 보이기 때문에 매우 혼란스러운 물체가 될 수 있습니다. 이러한 특별한 특성으로 인해 자이로스코프는 자전거 에서 우주 왕복선 의 고급 내비게이션 시스템에 이르기까지 모든 분야에서 매우 중요합니다 . 일반적인 비행기 는 나침반 에서 자동 조종 장치 에 이르기까지 모든 부분에 약 12개의 자이로스코프를 사용합니다 . 러시아 미르 우주정거장 은 태양 방향을 유지하기 위해 11개의 자이로스코프를 사용 했으며 허블 우주 망원경 에는 항법 자이로 배치도 있습니다. 자이로스코프 효과는 요요 및 프리스비와 같은 것들의 중심이기도 합니다!

이번 판에서는 , 우리는 자이로 스코프가 왜 그렇게 많은 다른 장소에서 유용한지 이해하기 위해 자이로 스코프를 살펴볼 것입니다. 당신은 또한 그들의 매우 이상한 행동의 이유를 알게 될 것입니다!

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내용물

1. 전진
2. 세차운동의 원인
3. 자이로스코프의 용도

장난감 자이로스코프를 가지고 놀아본 적이 있다면 모든 종류의 흥미로운 트릭을 수행할 수 있다는 것을 알 것입니다. 줄이나 손가락으로 균형을 잡을 수 있습니다. 그들은 매우 이상한 방식으로 스핀 축에 대한 움직임에 저항할 수 있습니다. 그러나 가장 흥미로운 효과는 세차운동 이라고 합니다. 이것은 자이로스코프의 중력을 무시하는 부분입니다. 다음 비디오는 자전거 바퀴를 자이로로 사용하는 세차 운동의 효과를 보여줍니다.

비디오에서 가장 놀라운 부분이자 자이로스코프에 대해 믿을 수 없는 부분은 자이로스코프 자전거 바퀴가 다음과 같이 공중에 매달릴 수 있는 부분입니다.

어떻게 그렇게 할 수 있습니까?

이 신비한 효과는 세차입니다. 일반적인 경우 세차 운동은 다음과 같이 작동합니다. 회전하는 자이로스코프가 있고 회전 축을 회전하려고 하면 자이로스코프는 대신 다음과 같이 힘 축에 직각으로 축을 중심으로 회전을 시도합니다.

그렇다면 세차운동은 왜 일어나는 것일까요?

자이로스코프가 이 동작을 표시해야 하는 이유는 무엇입니까? 자전거 바퀴의 축이 이렇게 공중에 매달려 있다는 것은 완전히 말도 안 되는 것 같습니다. 그러나 회전할 때 자이로스코프의 다른 부분에 실제로 어떤 일이 일어나고 있는지 생각해 보면 이 동작이 완전히 정상임을 알 수 있습니다!

회전하는 자이로스코프의 두 개의 작은 부분을 살펴보겠습니다. 위쪽과 아래쪽은 다음과 같습니다.

축에 힘이 가해지면 그림과 같이 자이로스코프의 상단 부분은 왼쪽으로 이동을 시도하고, 자이로스코프의 하단 부분은 오른쪽으로 이동을 시도합니다. 자이로스코프가 회전하지 않으면 이전 페이지의 비디오와 같이 바퀴가 넘어집니다. 자이로스코프가 회전하는 경우 자이로스코프의 이 두 부분에 어떤 일이 발생하는지 생각해 보십시오. 뉴턴의 운동 제1 법칙에 따르면 운동 중인 물체는 불균형한 힘이 작용하지 않는 한 직선을 따라 일정한 속도로 계속 움직입니다. 따라서 자이로스코프의 상단에는 축에 가해지는 힘이 작용하여 왼쪽으로 움직이기 시작합니다. 뉴턴의 운동 제1법칙 때문에 계속 왼쪽으로 움직이려고 하지만 자이로의 회전은 다음과 같이 회전합니다.

이 효과가 세차의 원인입니다. 자이로스코프의 다른 부분은 한 지점에서 힘을 받지만 새로운 위치로 회전합니다! 자이로 상단의 단면이 측면으로 90도 회전하면 왼쪽으로 이동하려는 욕구가 계속됩니다. 아래쪽 부분도 마찬가지입니다. 측면으로 90도 회전하고 계속해서 오른쪽으로 이동하려는 욕구가 있습니다. 이 힘은 세차 방향으로 바퀴를 회전시킵니다. 식별된 점이 계속 90도 더 회전함에 따라 원래 동작이 취소됩니다. 따라서 자이로스코프의 축은 공중에 매달려 세차합니다. 이런 식으로 보면 세차 운동이 전혀 신비하지 않다는 것을 알 수 있습니다. 그것은 완전히 물리 법칙과 일치합니다!

이 모든 것의 효과는 일단 자이로스코프를 돌리면 자이로스코프의 축이 같은 방향을 계속 가리키고 싶어한다는 것입니다. 같은 방향을 계속 가리킬 수 있도록 자이로스코프를 짐벌 세트에 장착 하면 그렇게 됩니다. 이것은 자이로 컴퍼스 의 기초입니다 .

플랫폼에 축이 서로 직각인 두 개의 자이로스코프를 장착하고 플랫폼을 짐벌 세트 안에 배치하면 짐벌이 원하는 방식으로 회전할 때 플랫폼이 완전히 고정된 상태를 유지합니다. 이것은 관성 항법 시스템 (INS)의 기초입니다 .

INS에서 짐벌 액슬의 센서는 플랫폼이 회전할 때 이를 감지합니다. INS는 이러한 신호를 사용하여 플랫폼에 대한 차량의 회전을 이해합니다. 플랫폼에 3개의 민감한 가속도계 세트를 추가 하면 차량이 어디로 향하고 있는지와 차량의 움직임이 세 방향 모두에서 어떻게 변하고 있는지 정확히 알 수 있습니다. 이 정보를 통해 비행기의 자동 조종 장치는 비행기를 코스에 유지할 수 있고 로켓의 유도 시스템은 로켓을 원하는 궤도에 삽입할 수 있습니다!

자이로스코프 및 응용 프로그램에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오!

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