오늘은 자이로스코프 효과로 세탁기 통이 회전하는 원리를 알아보죠. 자이로스코프 원리가 무엇인지 부터 알아보도록 하는게 좋겠죠.
자이로스코프
자이로스코프의 정의는 임의의 축을 중심으로 자유로이 회전할 수 있는 틀 속에서 빠르게 회전하는 바퀴로 이루어진 장치를 말하며 자이로스코프의 원리는 세차운동으로 자이로스코프는 비행기, 미사일, 우주선, 잠수함, 우주 인공위성, 자이로 콤파스 등에 쓰이고 있어요. 삼성전자의 TV 같은 경우 높이와 회전, 기울기 등을 인식하는 자이로스코프 센서가 탑재되어 있고 아이폰이나 갤럭시같은 스마트폰에도 자이로스코프 센서가 장착되어있습니다.
LG전자가 1996년 출원한 세탁기 특허실용에도 이 원리를 찾아볼 수 있어요. 특허실용 출원번호1019950008368(1995.4.11.), 공개번호 1019960037935(1996.11.19.) 출원인 LG전자 주식회사 입니다.
특허 발명은 자이로스코프의 원리를 응용한 세탁기에 관한것으로 내부에 구동수단(32)를 구비한 세탁기의 외부케이스(30)와 외부케이스(30)의 내부에 설치되어 구동수단에 의해 회전되는 외조(40)와 내부에 설치된 내조(50)를 구동시키는 3차원 구동수단과 3차원 구동수단에 의해 3차원 회전하면서 세탁을 수행하는 내조로 구성된다. 그리고 구동수단은 원형의 가이드링(53)과 가이드링에 서로 대향되는 바향으로 외향되게 형성되어 외조의 내부에 가이드링을 회전가능하게 지지하는 2개의 가이드링축(54)와 가이드링(53)에 서로 마주보는 방향으로 내향되게 형성되어 가이드링의 내부에 내조를 회전가능하게 지지하는 2개의 내조축(55)으로 구성된다.
자이로스코프는 빠르게 회전하는 팽이를 이용하여 특정한 방향을 유지하려는 성질을 가진 장치이며 이는 회전하는 물체가 가지는 고유한 특성인 각운동량 보존 법칙에 기인합니다. 즉, 회전하는 물체는 외부에서 힘이 가해지지 않는 한 회전축의 방향을 그대로 유지하려는 성질을 가지게 되는 것입니다.
자이로스코프는 방향과 각속도를 감지할 수 있는 장치입니다. 어린이 장난감으로도 잘 알려진 프레임에 고정되어 회전되는 바퀴는 자이로스코프의 가장 간단한 형태 중 하나입니다. 각운동량에 따라 바퀴 주위의 프레임이 회전하더라도 바퀴 방향이 일정하게 유지됩니다.
팽이의 세차운동
세차운동(predession)은 회전하고 있는 물체에 돌림힘이 작용할 때 회전하는 물체가 이리저리 움찔거리며 흔들리는 현상을 말합니다.
세차운동을 관찰할 수 있는 가장 일반적인 예는 팽이를 돌릴때 회전 속도가 줄면서 팽이의 축을 중심으로 한 팽이의 회전이 아닌 축 자체가 팽그르르 도는 것입니다. 팽이뿐만 아니라 특정 축을 중심으로 자전하는 물체는 중력이 작용하는 지구상에서 모두 세차운동을 할 수 있습니다. 회전하는 물체 예를 들어 팽이가 세차 운동을 할 때에 팽이의 회전 축은 물체의 회전방향과 반대방향으로 돌게 됩니다. 회전 속도가 세차운동 동안 일정하고 작용하는 돌림힘 또한 일정하다면 축이 이동하는 속도는 돌림힘과 각속도(회전축의 방향)와 계속 직각이 되며 따라서 회전하는 축이 그리는 자취는 원뿔이 되게 됩니다.
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