자이로

자이로는 회전하는 물체가 각운동량 보존의 법칙에 따라 자신의 회전축을 유지하려는 성질을 이용하여 만든 장치 또는 그 원리를 의미한다. 자이로스코프(gyroscope)라고도 불리며, 주로 방향 감지, 자세 제어, 안정화 등의 목적으로 사용된다.

원리 및 작동 방식

자이로는 각운동량 보존의 법칙에 기반한다. 각운동량은 물체의 관성 모멘트와 각속도의 곱으로 정의되며, 외부 토크가 작용하지 않는 한 그 크기와 방향이 일정하게 유지된다. 회전하는 자이로의 축에 외부 힘이 가해지면, 자이로는 힘이 가해진 방향에 수직한 방향으로 움직이는 세차 운동(precession)을 보인다. 이러한 세차 운동의 특성을 이용하여 자이로는 자신의 회전축 방향을 유지하거나, 외부의 회전력을 감지하는 데 활용될 수 있다.

종류

• 기계식 자이로: 회전하는 로터를 사용하여 각운동량을 발생시키는 전통적인 형태의 자이로이다. 정밀도는 높지만, 크기가 크고 전력 소모가 많다는 단점이 있다.

• 링 레이저 자이로 (RLG): 서로 반대 방향으로 진행하는 두 개의 레이저 빔을 이용하여 회전을 감지하는 자이로이다. 기계적인 부품이 없어 수명이 길고 신뢰성이 높다.

• 광섬유 자이로 (FOG): 광섬유 코일을 통과하는 빛의 간섭 현상을 이용하여 회전을 감지하는 자이로이다. RLG와 유사한 장점을 가지며, 소형화가 가능하다.

• MEMS 자이로: 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 기술을 이용하여 제작된 초소형 자이로이다. 스마트폰, 드론 등 다양한 휴대용 기기에 널리 사용된다.

활용 분야

자이로는 항공기, 선박, 미사일 등의 항법 장치, 로봇의 자세 제어, 카메라의 손떨림 방지 기능, 가상 현실 (VR) 기기 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히, 관성 항법 장치(INS)는 자이로와 가속도계를 함께 사용하여 외부의 도움 없이 자신의 위치와 자세를 추정하는 데 사용된다.

같이 보기

• 각운동량 보존
• 관성 항법 장치 (INS)
• 자이로스코프