shipbuilding

제로드 2007. 1. 24. 23:26

 

GYRO COMPASS
번호 : 81   글쓴이 : 상선어선
조회 : 99   스크랩 : 0   날짜 : 2006.07.07 00:03

방향을 알 수 있는 방법은 여러 가지가 있다. 간단하게는 나무의 나이테를 보고 나이테의 간격이 넓은 쪽이 남쪽이라는 것을 알 수 있고, 또는 북쪽보다는 햇빛이 잘 드는 남쪽이 가지들이 더 많고 풍성하므로 나무의 가지를 보고 방향을 짐작할 수 있다. 때로는 별자리나 태양의 위치를 통해서도 방향을 알 수 있다.

이러한 방법 외에 방향을 정확히 알기 위해서 흔히 사용하는 것은 나침반이다. 그러나 나침반이 향하고 있는 방향은 지구의 정확한 북쪽인 진북이 아니라 자북을 향하고 있다. 또한 나침반의 특성상 주변의 자기장의 영향을 받게된다. 항공기나 선박같이 정확한 방향을 알고 있어야 하는 경우에는 나침반 대신에 자이로컴퍼스라는 것을 사용한다.

 

○ 돌고있는 팽이가 쓰러지지 않는 이유

모든 물체는 외부의 힘이 작용하지 않으면 정지 또는 운동하고 있는 현재의 상태를 지속하려는 관성을 갖고 있다. 마찬가지로 회전축을 중심으로 회전하는 물체도 외부의 힘이 작용하지 않는다면 회전을 계속 유지하려 하고, 물체의 회전운동을 변화시키려 힘에 저항하려는 성질을 회전관성이라고 한다. 또한 회전관성은 물체가 회전하는데 중심이 되는 회전축이 변화됨 없이 유지하려는 성질이 있다. 이렇게 회전축을 유지하려는 성질 때문에 외부에서 힘이 작용하여 회전축에 변화가 생기면, 힘이 작용한 직각방향으로 새로운 힘이 나타난다.

 

이러한 이유로 빠르게 돌고있는 팽이는 회전축을 유지하려는 성질이 있기 때문에 넘어지지 않고 돌고 있지만, 시간이 지나 회전이 약해지면 팽이는 넘어지고 만다. 빠르게 돌고 있는 팽이의 한쪽 끝을 손으로 건드리면 팽이의 회전축은 변하게 된다. 그러면 위에서 언급한 것처럼 회전축을 변하게 만든 힘과 직각인 방향으로 힘이 발생하게 된다. 팽이의 회전축이 지면과 수직일 경우에는 회전축에 작용하는 중력은 모든 부분이 같다. 그러나 회전축이 기울어지면 회전축에 작용하는 중력은 서로 달라져 팽이는 넘어지려고 한다. 중력 때문에 팽이가 넘어지려고 하는 힘도 팽이의 회전축을 변화시키려는 외부의 힘이기 때문에 이 힘과 직각방향으로 계속 힘이 발생하게 된다. 그러므로 팽이의 회전축은 바닥과의 수직선 주변을 도는 세차운동을 하게 된다.

 

○ 자이로스코프

 

 

자이로스코프는 위의 왼쪽 그림과 같이 가운데 있는 팽이가 어느 방향으로든 자유롭게 회전할 수 있도록 수직고리와 수평고리를 갖고 있으며, 팽이가 회전하기 때문에 회전축이 항상 일정한 방향을 유지하고 있다. 위의 오른쪽 그림과 같이 지구가 자전하더라고 일정하게 한 방향을 가리키고 있다.

자이로스코프의 팽이가 회전하는 축에 힘을 가하면 위에서 말한 팽이와 같이 본래의 회전축을 유지하려는 성질 때문에 힘과 직각인 방향으로 돌아가게 된다. 예를 들어 수평고리를 한쪽으로 기울이면 수직고리가 회전을 하고, 수직고리를 회전시키면 수평고리가 기울어지는 세차운동을 하게 된다. 이때에 수직고리가 회전을 하는 방향이나, 수평고리가 기울어지는 방향은 수직고리 또는 수평고리를 어느 쪽으로 움직였는지에 달려있다.

자이로스코프는 팽이가 회전을 하는 동안에는 넘어지지 않고, 지지대가 기울어지더라고 항상 처음에 설정한 회전축의 방향을 일정하게 유지하는 성질이 있어 로켓의 관성유도장치, 선박이나 비행기의 안정장치에 이용되며, 또한 정밀한 기계의 평형을 유지하는 곳에도 사용된다.

 

○ 자이로컴퍼스

 

 

자이로스코프의 원리를 이용하여 회전축이 항상 지구의 북쪽을 가리키도록 한 것이 자이로컴퍼스로 나침반과는 달리 항상 진북을 가리키고 있다. 자이로컴퍼스는 자이로스코프와 같은 모양을 같고 있으며, 다른 점은 회전축에 적절한 무게의 추를 달고 있다는 것뿐이다.

위의 그림 1번과 같이 지구의 적도에서 처음 팽이의 회전축이 동쪽을 가리킨다고 가정한다면, 지구가 자전하더라도 회전축은 변화 없이 일정한 방향을 가리키므로 시간이 지나 지구의 자전 때문에 2번 그림과 같이 N쪽이 상승하게 된다. 그러면 추에 중력이 작용하므로 회전축에 변화가 발생한다. 그러면 이러한 회전축의 변화에 대응하여 직각 방향으로 힘이 작용하므로 회전축이 북쪽을 가리키게 된다. 회전축이 북쪽을 향하면 지구 자전에 의한 영향을 받지 않게 되어 세차운동을 일으키지 않기 때문에 자이로컴퍼스의 축은 계속 북쪽을 가리키게 된다.

 

출처 : 대한민국 해기사 [공개]   ★★  선주(카페지기) 상선어선