[A+] 자이로스코프를 이용한 세차운동 측정

목차

1. 실제 실험 방법

2. 실험 결과
1) Procession
2) Counter-Rotating Disk
3) Procession-Demonstration

3. 분석 및 토의
1) Procession
2) Counter-Rotating Disk
3) Procession-Demonstration

본문내용

□ 실제 실험 방법
1) 추가 질량을 달기 전에 자이로스코프가 수평을 유지하도록 조절한다.
2) 추가 질량을 달고 세차운동을 하지 않도록 손으로 잡아 고정한 뒤 원판을 회전 시킨다. 원판이 10회 회전할 동안 걸리는 시간을 초시계로 측정해 각속도를 구한다. 측정 후 손을 놓아 세차운동 하게 둔다.
3) 세차운동 주기를 측정해 이론값과 비교한다.
4) 자이로스코프에서 추가 질량을 제거하고 관성모멘트가 같은 원판을 부착해 두 원판이 서로 반대 방향으로 회전하도록 같은 횟수만큼 실을 감는다.
5) 실을 동시에 당긴 다음 고정하고 있던 손을 놓고 자이로스코프의 운동을 관찰한다.
6) 추가로 단 원판을 제거한 다음 추가 질량을 달고, 원판을 회전 시켜 세차운동하게 한다.
7) rotating axle 에 손으로 힘을 가해 회전을 추가하거나 감소시키며 결과를 관찰한다.

□ 분석 및 토의
1. Procession
Procession의 경우 정밀한 이론값의 측정이 불가능하였다. 이론값을 측정하기 위해 원판이 10회 회전하는 동안 걸리는 시간을 초시계를 이용해 측정하여 각속도를 결정지었는데, 10번 회전이라는 제한적인 회전수로는 각속도를 정밀하게 측정하기 어렵고, 회전수를 늘려서 측정한다면 각속도는 감쇠할 것이기 때문에 측정된 각속도와는 차이가 날 것이다. 이러한 Systematic error는 각속도를 측정할 때마다 다른 값이 나올 것이며 따라서 실험값과 이론값의 오차는 너무 큰 차이가 나지 않는 이상 큰 의미가 없을 것이고 그 경향성만 확인해보는 것이 좋다. 실험 결과 이론값과 실험값의 오차율은 14%로 그 경향성이 맞다고 볼 수 있다.
실험에서 세차운동의 원인으로는, 각운동량의 보존법칙에 따른다.

참고 자료

Grant R. Fowles, Analytical Mechanics, Cengage Learning, 2011
한양대학교 물리학과 전공실험, “역학실험 매뉴얼”, https://1drv.ms/f/s!Am6KnguOn40tgcYUkQPEt1hXuL8NmA (2017/4/26)
서울대학교 물리학과 물리학실험, “Gyroscope”, http://physlab.snu.ac.kr/newphyslab/lab/Gyroscope.pdf (2017/4/26)