자전거 바퀴를 줄에 매달고 돌리면 안돌리고 매달았을때랑 왜 다른 결과가 나오나요?
제발 알려주세요!
...............................................(빈칸 때문에ㅎㅎ)
안녕하세요.
사진에서 보여지는 실험 장치는 자전거 바퀴를 이용하여 자이로스코픽 효과를 시연하는 것으로 보입니다. 이 효과는 회전하는 물체가 그의 회전 축에 대한 외부 토크에 저항하는 경향을 보이는 물리적 성질입니다. 자전거 바퀴가 회전하지 않을 때와 회전할 때의 물리적 반응의 차이는 이러한 자이로스코픽 효과로 설명될 수 있습니다.
정지 상태에서 바퀴에는 각운동량이 존재하지 않습니다. 이 상태에서 바퀴에 외부 힘을 가하면, 그 힘의 방향에 따라 바퀴는 쉽게 움직이거나 방향을 바꿀 수 있습니다. 바퀴가 수직으로 매달린 상태에서는 바퀴의 중심축을 중심으로 작은 힘에도 쉽게 회전하거나 움직일 수 있는 경향이 있습니다.
반면, 바퀴가 고속으로 회전할 때는 상황이 달라집니다. 강력한 각운동량이 발생하며, 이는 바퀴가 외부 토크에 대해 저항력을 발휘하도록 합니다. 이 경우 바퀴는 초기 회전 방향을 유지하려고 하며 외부에서 가해지는 힘에 따라 방향을 바꾸는 것이 훨씬 더 어려워집니다. 이를 프리세션 효과라고 하며 바퀴의 회전축이 외부 토크의 방향에 수직으로 천천히 회전하는 현상을 말합니다. 프리세션은 자전거 바퀴와 같은 회전체가 외부 토크에 응답하여 안정화되는 방법 중 하나입니다.
안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
많이 궁금하셨는지 같은 질문을 두번 해주셨네요.
다른 질문에 단 내용을 다시 한번 답변드립니다.
추가로 참고하실 영상의 링크를 같이 드립니다.
https://youtu.be/DNnxg-pzCYI?si=6j9WLwDw-8UOMwhS
-이전 답변-
질문하신 내용은 각운동량 보존법칙과 회전관성으로 설명할 수 있습니다.일반적인 관성과 마찬가지로 회전에도 관성이 존재합니다.위의 사진에서는 바퀴를 돌린 후 손을 놓는 상태입니다. 즉 회전이 이미 생긴 상태이고 이 회전의 속도나 방향이 그대로 유지되기 위한 관성이 생깁니다.이 회전 관성에 의해 바퀴는 바로 기울어지지 않고 계속 회전하려 합니다. 사진에서는 나오지 않지만 그 이후 중력으로 인해 시간이 점점 지나면 바퀴가 기울어지게되고, 바퀴가 기울어지면 처음에 생성된 회전과 방향이 달라지게됩니다. 이때 각운동량의 보존법칙에 맞추어서 새로 생긴 회전방향을 보상하는 회전력이 생기게 되고 바퀴는 기울어진 상태로 늘어진 줄을 중심으로해서 추가어 회전하게 됩니다.글로 설명드리니 조금 난해할 수 있습니다. 유튜브에 보시면 국립과천과학관에서 해당 내용을 잘 설명한 영상이 있으니 시청하시면 도움이 될 것입니다.감사합니다.