[물리레포트]우주선의 자세제어[각운동량의보존]

우주선의 자세제어

1. 실험목적

외부로부터의 힘을 받지 않는 계에서의 각운동량(angular momentum)은 보존되는 양이다. 또, 외력을 받는 경우에라도 계에 가해지는 총 돌림힘(total torque)이 0 이면 역시 각운동량은 시간이 지나도 변화하지 않는다.(τ〓) 이러한 각운동량 보존의 특성은 일상생활에 있어서 여러 가지로 나타나고 있다. 예를 들어 지구의 자전이나 공전 운동이 계속되는 것이나, 달리는 자전거가 잘 쓰러지지 않는 것을 찾을 수 있다. 이 실험에서는 이를 적극적으로 이용하고 있는 한가지 예로 과거에 우주선의 자세 제어에 쓰이는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
회전하는 물체의 관성 모멘트와 각운동량을 측정하고 계산하는 방법, 서로 작용하는 물체간에 적용되는 작용-반작용의 법칙을 이해하고, 아울러서 각운동량의 보존 특성과 관련된 우리 주위에서 일어나는 현상들에 대해서도 이해한다. 또, 회전각 검출기(rotary encoder)와 빛살문(photogate) 검출기를 사용한 회전각 측정 방법, 컴퓨터를 사용한 실험을 경험하고, 물체의 회전 운동에 미치는 마찰력(frictional force)의 영향에 대해서도 탐구한다.

2. 데이터 및 결과

1) 실험데이터

모터의 전압 : 7 V
회전 원통의 반지름 : 〓 2.51 cm
회전체 1, 2, 3 의 반지름 : 〓 2.96 cm
회전체 1의 질량 : 〓 159.25 g
회전체 2의 질량 : 〓 225.7 g
회전체 3의 질량 : 〓 319.25 g
추와 추받침의 질량 : 72.6 g
알루미늄판의 질량 : 1.60 g

2)시간과 회전각의 그래프

모터는 약 12～30s 사이에 …

3) 시간과 각속도의 그래프

이다.