[A+] 성균관대학껓 일반물리학실험 자이로스코프

Q. 실험결과의 오차는 어디서 비롯되었는가?

① 추가로 발생하게 되는 토크
본 실험에서 사용한 자이로스코프 장치에는 데이터 측정과 여러 조건의 실험을 진행하기 위한 부가적인 장치들이 많이 부착되어 있다. 그런데 이러한 부가장치들이 자이로스코프의 운동에 어떠한 영향을 끼칠지는 아무도 예상할 수 없다. 때에 따라 자이로스코프의 운동을 방해할 수도, 도왿�줄 수도 있기 때문이다. 또한 이들은 자이로스코프 장치의 무게중심을 끊임 없이 변화시킨다. 변화하는 무게중심에 의해서도 무게추에 예상하지 못한 토크가 작용될 수 있다. 이렇게 발생한 다양한 토크들은 자이로스코프가 일정한 세차운동을 할 수 없도록 만든 주된 원인일 것이다.

② 자이로스코프의 올바르지 않은 평형
본 실험에서는 무게추에 의한 토크 이외의 것을 최대한 고려하지 않도록 하기 위해 수평 회전축상의 모든 물체가 중심점에 대해 축을 회전시키려는 토크가 평형을 이루게 한다. 문제는 평형을 맞추는 중요한 작업이 인간의 시각에만 절대적으로 의존하여 이루어진다는 사실이다. 수평 회전축이 조금이라도 기울면 전체적으로 돌림힘이 생겨나기 때문에 다른 힘을 고려해주어야 하는 상황이 생긴다. 그런데 아무런 도구없이 인간의 시각에만 의존해 평형을 맞추었다면 당연히 오차가 생길 수 밖에 없다. 평형계를 이용하여 평형을 맞추었다면 좀더 정확한 결과를 산출 할 수 있었을 것이다.

③ 세차운동에 의한 각운동량의 수직적 성분
자이로스코프의 운동을 분석 할 때, 관성바퀴의 회전만이 자이로스코프의 운동에 영향을 준다고 가정하였다. 하지만 자이로스코프의 세차운동에 의해 또 다른 운동량이 생겨날 수 밖에 없다. 새로 발생한 운동량은 본래 예상했던 세차운동과는 다른 움직임을 유발하게 되는데, 그중 하나가 바로 장동운동이다.

④ 회전운동시 발생하는 기계적 마찰
자이로스코프는 회전운동이 가장 주된 운동인 장치이다. 직선 운동을 탐구할 때 바닥과의 마찰을 빼놓을 수 없듯, 회전 운동에도 베어링의 마찰이 존재한다.