Gyroscope

 

자이로스코프 [gyroscope]

 

회전체의 역학적인 운동을 관찰하는 실험기구로 회전의라고도 한다. 이를 이용하여 지구가 자전하는 것을 실험적으로 증명할 수 있다. 한편, 로켓의 관성유도장치로 사용되는 자이로스코프, 이 원리를 응용한 나침반인 자이로컴퍼스, 선박의 안전장치로 사용되는 자이로안정기 등 넓은 범위에서 응용되고 있다.

회전의(回轉儀)라고도 한다. 팽이를 둥근 바퀴로 이중 또는 삼중으로 지지하고 어느 방향으로나 회전할 수 있도록 장치한 것이다. ［그림］과 같이 I는 금속제의 무거운 원판으로 되어 있다. 중심축 EF는 금속제의 둥근고리 R의 양끝에 새겨진 홈에 끼워져 I를 매끄럽게 회전시킨다. 또 R는 축 EF에 대해 수직인 지름 MN에 의해 둥근고리 S에 지지되고, S는 두 점 K,L에 지지되어 어느 것이나 매끄럽게 회전할 수 있도록 되어 있다. EF가 수평인 상태에서 I를 빠르게 회전시키면 S는 지구의 자전(自轉) 방향과 반대방향으로 천천히 회전하기 시작한다. 푸코진자와 마찬가지로 이것에 의해 지구의 자전을 실험적으로 증명할 수 있다.

또 중심축 EF를 지름 MN의 둘레를 회전하도록 외력을 가하면 EF는 축 KL의 둘레를 회전하는 세차운동(歲差運動)이 일어나고 외력에 대해서는 관성저항으로 볼 수 있는 짝힘[偶力]을 가지게 된다. 로켓의 관성유도장치의 자이로스코프, 나침반에 이 원리를 응용한 자이로컴퍼스, 선박의 안전장치로서의 자이로안정기 등 이용범위가 넓다.

 

 

 

전륜나침반

 

자이로의 원리를 응용한 것으로 자이로컴퍼스라고도 한다. 고속으로 회전하는 자이로스코프의 축에 추를 달면, 지구의 자전에 영향을 받아 자이로스코프의 축은 자동적으로 지구의 자전축, 즉 진북방향(眞北方向)을 지시하게 된다.

이 진북을 지시하는 힘이 강하므로, 상당히 고위도지역의 항해에도 사용할 수 있으며, 자기나침반과 같은 편차도 없다. 또 배가 철강이기 때문에 생기는 자차도 발생하지 않는다. 프랑스의 물리학자 J.B.L.푸코의 팽이에 의한 지구자전의 관측이 단서가 되어, 1906년에 독일인 H.안쉬츠가 창안하였다. 이어서 미국인 E.A.스페리는 스페리식을, 영국인 S.G.브라운은 브라운식을 고안하여 현재 이 세 가지가 세계에 널리 보급되어 있다.

전륜나침반이 실용화된 것은 1911년이지만, 한국에 도입된 것은 1945년 광복 이후이며, 현재 대형 선박은 거의 전륜나침반을 사용하고 있다. 자기나침반에 비해서 장점이 있으나, 법규에 의하여 선박의 원기나침의(原基羅針儀)로서는 자기나침반을 장치하도록 규정되어 있다.

 

출처 두산백과

 

 

항해학 자이로컴퍼스(전륜나침의, Gyrocompass)의 정의

 

오늘날 과학과 기술의 발전이 삶의 방식에 근본적인 변화를 가져와,

불과 2백 년 전만 해도 기적이라 여겼을 일들을 하거나 물건들을 만들 수 있게 되었다.

그 중 항해에 획기적인 변화를 가져온 항해계기가 나침의(Magnetic compass)를 대체한

자이로컴퍼스(Gyrocompass)다.

자이로컴퍼스는 20세기 초부터 급속히 발달하여 현재 가장 많이 사용되고 있는 항해계기지만

항해학 관련서적에서는 자이로에 대한 설명만 있을 뿐 그 어떠한 정의도 찾아볼 수 없다.

그 이유는 사전적 의미에서 처럼 Gyrocompass를 Compass의 한 가지로 해석되었기 때문에

항해학 기본개념이 아닌 항해계기에 대한 해설만 찾아볼 수 있다.

과학과 기술의 발전과 더불어 학문도 같이 발전해 나가지만 항해학은 위성항법장치 및 자이로가

개발되기 이전 수준에 머물러 있으며  Navigation Equipment, GPS, AIS, ECDIS, INS 등에서

제공하는 항해정보와 학문적으로 접목하여 사용할 수 없다.

 

문제는 가장 기본적인 개념인 Gyro Heading, Gyro Course에 대한 정의조차 없다는 것이다.

기존 학문으로 이문제점을 해결하지 못하는 이유는

Gyrocompass에서 Gyro와 Compass를 따로 분리하거나

Course(침로)와 Heading(선수방향)을 구분할 경우 학문적인 근간이 흔들리기 때문이다.

Gyrocompass는 지구 자기와 관계만 없을 뿐

Magnetic compass(나침의)와 동일하게 사용되는 항해계기이며

Ship's heading에 대한 이론은 Gyro Repeater에도 동일하게 적용할 수 있다.

Gyrocompass Error가 없다면 Gyrocompass heading은 True heading이 되며

Magnetic heading 사이의 차이는 Variation(편차)뿐이다.

Gyrocompass Error는 선회 오차와 마찬가지로 위도 및 속도 변화에 따라 생기는 오차를

가지고 있으며, 이들 오차는 어떤 선수방향에 대해서 항상 일정하지 못하다.

1. 사전적 의미  

   가. 나침반(羅針盤) : 자침(磁針)이 남북을 가리키는 특성을 이용하여 방향을 알 수 있도록 만든 기구.

   나. compass  : 나침반, 나침의.

   다. Magnetic compass : 자기(磁氣) 컴퍼스[나침의].

   라. gyro : gyrocompass. 바퀴, 회전의 뜻의 결합사.

   마. gyrocompass : 나침의의 한 가지. 자이로컴퍼스. 회전 나침반.

                                   고속도로 회전하는 팽이를 주체로 하며, 지구 자기와는 관계가 없음.

2. 최신 항해일반(이형기, 김종성, 윤귀호, 정창현, 05.11.) 발취 의미

   항해계기 자이로컴퍼스의 오차

   지구표면에 있는 자이로컴퍼스가 북을 지시하는 것은

   땅의 운동과 세차 운동이 서로 평형 상태를 유지하기 때문이다.

   만약에 어떤 원인으로 이 평형 상태가 깨지면 북에서 벗어날 것이다.

   이 평형 상태를 잃는 원인에는 자이로컴퍼스 자차의 결함에 의한 것과 선박의 운동에 의한 것이 있다. 

  

3. 지문항해학(윤여정, 69.9.) 발취 의미

    항해계기 Compass 오차(Compass error : C.E.) :

    한편 Gyro Compass에 있어서는 그 지북성이 지자기와 아무런 관계도 없으므로

    지자기에 의한 편차도 선체자기에 의한 자차도 일어나지 않는다.

    그러나 기계조정의 불량 때문에 몇 도 이내의 오차가 생기는 수가 있다.

    이 오차는 보통 Gyro 오차(Gyro error : G.E.)라고 불리는데

    Gyro 오차도 Compass 오차와 같이 Gyro의 북이 진북의 오른 편에 있으면 편동오차(Easterly error),

    왼편에 있으면 편서오차(Westerly error)라고 하며 이들을 구별하기 위하여 각각 E, W 부호를 붙인다.

4. 지문항해(박양기, 박성기, 94.2.) 발취 의미

    가. 항해계기 전륜 나침의 오차

         육상에 설치된 전륜 나침의는 지구의 인력과 자전의 영향만을 받게 되나,

         선박에 설치되면 선체의 동요, 침로 및 침로의 변화, 속도 및 속도의 변화, 위도,

         그리고 유속에 따라 영향을 받게 된다. 이러한 전륜 나침의의 오차는

         위도 오차, 속도 오차, 변속도 오차, 동요 오차, 선회 오차, 및 기타 오차로 구분된다.

   나. 항해계기 전륜 나침의의 오차 결정법

        전륜 나침의의 나침반에는 선수미선과 일치하도록 표시된

        기선(Rubber's line)이 선수방향을 표시한다.

        선박이 선회할 때 기선도 선체와 같이 회전하여 선수 방향의 회전 방향을 알 수 있게 해 준다.

        나침의의 오차가 없다면 나침반의 0°도 방향은 진북을 가리키게 되나,

        만일 오차가 있을 경우에는 자오선의 왼쪽이나 오른쪽을 가리키게 된다.

 

6. 교육 관련기관 검증 요청한 의미  

   가. 자이로선수방향(Gyro Heading, G/HDG, G/H) :

        자이로남북선과 선수미선(Ship's Fore aft line)과의 교각

   나. 자이로침로(Gyro Course, G/CO) :

        자이로남북선과 항적선(Track Line)과의 교각

   다. 자이로오차(Gyro Error, G/E) :

        자이로남북선과 진자오선(True meridian)과의 교각

 ※ 검증 요청 기관 : 해사고. 해양대, 부경대, 국토해양부, 한국교육과정평가원, 직업능력개발원, 교육과학기술부

 

출처 네이버지식

[출처] 자이로스코프 [gyroscope]|작성자 유연