기초 공학 실험 - 자이로스코프(Gyroscope)의 동특성 실험

소개글

기초 공학 실험 - 자이로스코프(Gyroscope)의 동특성 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

기초 공학 실험 - 자이로스코프(Gyroscope)의 동특성 실험

1. 이론 전개
　1.1 자이로 스코프란
　1.2 실험 장비
　1.3 하드웨어 구성

2. 이론 전개
　2.1 실험변수 및 상수
　2.2 Bifilar Pendulum을 이용한 극관성 모멘트 측정
　　2.2.1 개요
　　2.2.2 Bifilar Pendulum의 운동방정식의 유도
　2.3 Gyroscopic Moment의 측정
　　2.3.1 오일러 각 (Eulerian angles)
　　2.3.2 자이로의 운동 방정식.

3. 실험 목적

4 실험 방법
　4.1 Bifilar Pendulum을 이용한 극관성 모멘트 측정
　4.2 Gyroscopic Moment의 측정

5. 실험 및 결과 Data
　5.1 Bifilar Pendulum을 이용한 극관성 모멘트 측정
　5.2 Gyroscopic Moment의 측정 Data
　5.3 세차운동 각속도와 주축운동 각속도 비교 그래프

6. 실험결과 확인 및 오차 분석

7. 각자의 소감과 느낀 점

8. 참고 및 이용 자료

본문내용

원리들을 재밌게 보았던 어릴 적 내가 생각하던 그 놀이기구 같은 과학들처럼 말이다. 시간 가는 줄 모르고 실험하고 있는 우릴 떠올리면서, 왜 이렇게 신나는 것들을 신나게 하지 못했을까 하고 새삼 우리에게 되물었다. 이 세상엔 수많은 과학들이 접목되고 있지만 우리는 그것을 느끼지 못할 정도로 과학이 만든 세상 안에 살고 있다. 그 무리들 안에서 똑똑한 사람이 되기 위해 공대생이 되었다는 것을 나는 진심으로 감사한다. 그런 이유로써 이번 실험은 나의 정체성에 있어서도 아주 크고 확실한 실험이 되었다. 이 ‘기초 공학 실험’ 교과목 과정을 통하여 공학에 대하여 편안한 마음을 가질 수 있을 것 같다. 등록금이 전혀 아깝지 않다.
모든 실험에서‘왜?’, 어떻게?’라는 질문이 빠질 수 있을까? 하지만 우리의 실험에선‘왜?’와‘어떻게?’가 없었던 것 같다. 미리 이론적으로 많이 알았다면 더 정확하고 정밀한 실험이 이뤄질 수 있었을 것 같다. 누구의 탓도 할 것 없이 이것은 나의 탓이었다. 자이로스코프에 대해선 거의 문외한이었기 때문이다. 앞서 말한 것처럼 나는 자이로스코프의 세계 안에서 살고 있었지만, 미처 그것에 대해 잘 알지 못했다. 지금은 여러 사람들이 알지 못하는 그것을 내가 조금이나마 알고 있다는 것에 당당하다. 완벽하지 못한 이번 실험이 아쉽기는 하지만 자이로스코프에 대해서는 개인적으로 인터넷 검색 등으로 많이 친해졌으므로 아쉬움을 덜어내고자 한다. 다음 실험부터는 미리 이론 및 과정방법 등을 상세하게 준비하여 나 자신은 물론이거니와 다른 팀원들에게도 도움이 되는 학생이 되고싶다. 유비무환(有備無患)이라 하지 않았는가. 다음 주 수요일이 기대된다.
이번에 듣는 공학실험 과목은 05학년도에 신입생으로 입학해서 했던 물리 및 실험 과목 이후로는 처음이다. 아직 복학한지 오래되지 않아서인지 다른 학생들과 같이 실험을 하는 것이 어색하게 느껴졌던 것 같다. 또한 이 교과목에 대한 정보가 부족해서 무엇을 어떻게 해야 할지 몰라서 당황하기도 했다. 우리 조원들도 나와 같은 마음을 가지고 있었다고 생각한다. 실험에 돌입하자마자 서로 일을 분담해서 실험을 탈 없이 진행을 잘 했던 것 같다. 사전에 실험에 대한 정확한 이해 없이 실험을 했다는 점과 그래서 오차가 상당히 컸다는 점은 조금 아쉽기도 하다.
이번 실험을 하면서 자이로스코프라는 기구에 대해서 좀 더 친숙해진 것 같다. 1학기 전공과목 동역학에서 3차원 강체운동에 관한 것을 배우면서 교수님께서 많이 언급하셨지만 당시에는 3차원의 강체운동이 어렵고 이해하기 힘든 분야이기도 하고 특히 시험에는 출제를 하지 않는다고 하셔서 자이로스코프라는 것에 대해서 알아보고 이해할 시간이 부족했던 것 같다. 하지만 자이로스코프의 동특성 실험을 하고 보고서를 작성하면서 배운 여러 가지 사실들은 상당히 흥미로웠다. 특히 비행기의 자동항법장치에서 자이로스코프가 핵심적이라는 사실 말이다. 아직은 자이로스코프가 간단하면서도 복잡한 기구이기 때문에 정확히 그 원리와 응용분야들에 대해서 알지는 못하지만 나중에 기회가 된다면 좀 더 배워볼 기회를 얻었으면 한다.
처음 실험에 대한 내용을 들을 때 자이로스코프를 이용한다는 말에 지난 학기 동역학 시간 때 3차원 강체 운동에 대해 교수님께서 소개할 때 자이로스코프에 대해 언급 하셨던 것이 제일 먼저 기억났다. 강체의 3차원 운동과 극관성모멘트에 대해 설명 하실 때 잘 알아듣지 못한 우리들에게 나중에 실험하면 잘 알게 될 거라고 하셨다. 그리고 2학기 공학실험 첫 내용이 자이로스코프에 대한 실험이었다. 하지만 이름은 친숙했지만 실제로 이론에 대해 듣고 실험에 임하니 결코 쉬운 게 아니었다. 우선 Bifilar Pendulum실험을 할 때는 순조로웠다. 우리 조원 모두 역할을 나눠서 진자 조작, 시간 계산, 기록 모두 척척 순조롭게 진행되었다. 하지만 본격적으로 자이로스코프를 이용해 실험할 때는 우리 모두 잠시 당황했다. 하지만 이론 시간에 배운 내용과 실험 자료를 참고해서 하나씩 하나씩 진행해 나갔다. 처음 자이로스코프가 작동하는 것을 보고 나는 약간 의아했다. 그냥 보기에는 추 두 개를 회전시키면서 그냥 빙빙 도는 기구로 밖에 보이지 않는데 지구중력과 자기장의 영향을 받지 않고, 항공기나 선박 등 무인항법장치에 꼭 필요한 장치라니 약간 믿기지가 않았다. 실험 초반에 약간 혼란스럽긴 했지만 우리는 다시 앞의 실험처럼 다시 역할을 나누고 실험을 시작했다. 자이로스코프 같은 장비를 다뤄볼 수 있는 기회가 많이 없기 때문에 우리는 돌아가면서 장비를 설정하고, 컴퓨터로 자이로스코프의 속도를 조절하고, 기록을 했다. 그런데 실험 막바지에 내가 추를 바꾸면서 실수로 추를 고정시키는 볼트의 너트를 잊어버리는 바람에 다른 맞는 너트가 없어서 어쩔 수 없이 볼트까지 바꿔야 했다. 실험할 때 볼트, 너트의 무게는 고려하지 않았지만, 이 때문에 분명히 오차가 발생했을 것이다. 이 점이 나는 다른 조원들에게 너무 미안했다. 마지막까지 완벽하게 실험을 끝낼 수 있었는데 끝이 너무 아쉬웠다.
실험을 끝마치고 나니 손에 땀이 났다. 실험 시간도 10분내 외로 예상했었는데 20분을 훌쩍 넘겼다. 아무래도 정확성이 요구되는 실험이라서 그런지 우리 모두 신중에 신중을 기하고 최대한 정확하게 하려다 보니 생각보다 힘든 실험이었다. 그래도 덕분에 수업시간에 말로만 들었던 자이로스코프를 사용해 봤고 4명이 다 같이 일사분란하게 움직이고 토의하고 실험을 끝내 보람찬 시간을 보낼 수 있었다. 그러면서 한 편으론 시간이 충분하고 더 많이 실험을 할 수 있었다면 보다 더 정확하고 세밀한 실험을 해서 오차를 좀 더 줄였을 수도 있지 않았을까 하는 아쉬움도 남았다. 하지만 무사히 실험을 마칠 수 있어서 좋았고 각자 맡은 역할을 척척 수행해준 우리 조원들에게 너무 감사하다.
8. 참고 및 이용 자료
도서 : 동역학 (William F. Riley/Leroy D. Sturges)
프로그램 : 한글 2007, Microsoft Office Excel 2007
사이트 : http://simlab.mas.bg.ac.yu/ZaSkidanje/Gyroscopes.pdf

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