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[물리보고서]우주선의 자세제어[각운동량의보존]

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작성일 23-01-24 10:38

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예를 들어 지구의 자전이나 공전 운동이 계속되는 것이나, 달리는 자전거가 잘 쓰러지지 않는 것을 찾을 수 있다.

외부로부터의 힘을 받지 않는 계에서의 각운동량(angular momentum)은 보존되는 양이다. 각속도를 시간에 대 해서 한번 미분하면 가 되므로 그 값을 알 수가 있다.

다.

※ 위 그래프들의 개형을 보면 대체로 각가속도의 비가 일정함을 확인할 수 있다. 회전체는 돌림힘이 0이 되므로 각속도가 충분히 줄어들어 0 이 되는데, 회전원판은 마찰력에 의한 돌림힘을 받아서 양의 방향의 각가속도가 일정하게 생기게 된다. 또, 외력을 받는 경우에라도 계에 가해지는 총 돌림힘(total torque)이 0 이면 역시 각운동량은 시간이 지나도 변화하지 않는다. 그래프 상에서는 각속도 그래프의 각 point에서의 기울기가 각가속도가 된다. 다만 이상적인 직선을 축으로 약간의 진동이 보이는 데 이는 회전축의 기울음 때문이라 할 수 있다.
5) 시간과 각가속도의 그래프
각속도의 그래프를 이용하여 각가속도의 그래프를 예상해보면 , 운동이 스타트된 초기에는 돌림힘이 점차 감소하기 때문에 회전체의 각가속도가 줄어든다.
외부로부터의 힘을 받지 않는 계에서의 각운동량(angular momentum)은 보존되는 양이다. 하지만 위의 와 의 data(資料)를 가지고 유추해 볼 수는 있다. 그러나 그래프에서 확인할 수 있듯이 점차 비율이 감소하고 있는 것을 볼 수 있는데, 이는 이 운동이 일어나고 있는 계가 고립된 계가 아님을 말해 준다. 이는 위의 각속도의 비와 마찬가지로 계의 고립이 이루어 지지 않음에서 기인한 것이라 할 수 있다.

※ 이 그래프들에서는 대략 20s 이전의 값을 놓고 생각해 본다면 대체로 각속도의 비가 일정하게 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 그 값이 굴곡을 가짐을 볼 수 있다. 이 실험에서는 이를 적극적으로 이용하고 있는 한가지 예로 과거에 우주선의 자세 제어에 쓰이는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
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7) 원판의 회전관성 측정 ( 5s 까지의 데이터만 가시화함 )
원판의 회전각은 시간에 따라 점차 증가하게 된다.(τ=) 이러한 각운동량 보존의 특성은 일상생활에 있어서 여러 가지로 나타나고 있다.(τ=) 이러한 각운동량 보존의 特性은 일상생활에 있어서 여러 가지로 나타나고 있다 예를 들어 지구의 자전이나 공전 운동이 계속되는 것이나, 달리는 자전거가 잘 쓰러지지 않는 것을 찾을 수 있다 이 實驗에서는 이를 적극적으로 이용하고 있는 한가지 예로 과거에 우주선의 자세 제어에 쓰이는 방법에 대해 살펴보기로 한다. 또, 외력을 받는 경우에라도 계에 가해지는 총 돌림힘(total torque)이 0 이면 역시 각운동량은 시간이 지나도 變化(변화)하지 않는다.
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이번 실험에서의 각가속도의 측정은 장치 상의 문제로 불가능하였다.

아래의 각가속도와 연관하여 살펴볼 때 원판의 각속도는 생각했던 바대로 일정하게 증가했다가 다시 일정하게 감소한다.

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