SCIENCE 3D | 팽이의 비틀거림 (세차 운동)

무슨 일이 일어났나

빨리 도는 팽이를 기울여 놓으면 쓰러지는 대신, 바닥에 닿은 끝을 중심으로 축이 천천히 원을 그리며 돕니다. 이 움직임을 세차 운동이라고 합니다.

중력은 기운 팽이를 넘어뜨리려는 돌림힘을 겁니다. 돌지 않는 팽이는 시뮬레이터에서 0.12 s 만에 80° 로 쓰러지지만, 빨리 도는 팽이에서는 그 돌림힘이 회전축의 방향을 옆으로 조금씩 돌리는 데 쓰입니다.

시뮬레이터에서 반지름 3 cm 팽이를 1 초에 20 바퀴로 돌리면 식으로 셈한 세차 빠르기는 3.47 rad/s 이고, 40 바퀴면 1.73 rad/s 로 절반이 됩니다. 놓는 순간 축이 살짝 처지며 떨리는 움직임(장동)도 함께 보입니다.

지구도 해와 달의 중력이 만드는 기조력을 받아, 조금 비뚤게 도는 장난감 팽이처럼 자전축이 비틀거립니다. NASA 는 이 세차가 한 바퀴 도는 데 약 25,771.5 년이 걸린다고 적습니다.

💡 생활 속 예시

바닥에서 느려지기 시작한 팽이는 머리를 점점 크고 빠르게 휘휘 돌리다가 쓰러집니다.
공중에서 도는 원반(프리스비)은 기울어도 바로 뒤집히지 않고, 기운 방향이 천천히 돌아가며 멀리 납니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

도는 팽이에는 넘어뜨리는 힘이 걸리지 않아서 쓰러지지 않는다.
NASA 는 해와 달의 기조력이 지구 자전축을 팽이처럼 비틀거리게 한다고 설명합니다. 돌림힘은 걸리지만, 도는 물체는 쓰러지는 대신 축의 방향이 천천히 돕니다. 출처

누가 왜 찾았나

1852 년 5 월, 레옹 푸코(Léon Foucault)는 1 초에 200 바퀴까지 돌린 무거운 고리(토러스)로 지구가 돈다는 것을 보이는 실험을 하고 그 결과를 프랑스 과학 아카데미 회보(Comptes rendus)에 알렸습니다. 고리의 회전은 10 분 동안 이어졌습니다. 2004 년 4 월 20 일에 쏘아 올린 NASA 의 Gravity Probe B 는 거의 완벽한 공 모양 자이로스코프 넷을 싣고 우주에서 시공간을 쟀습니다.

확인된 값

지구 자전축이 한 바퀴 세차하는 데 걸리는 해 수: 25771.5 년 출처
지구는 살짝 중심을 벗어난 채 도는 장난감 팽이처럼 비틀거린다 (NASA): 팽이 같은 비틀거림 출처
그 까닭 — 해와 달의 중력이 만드는 기조력 (NASA): 해 · 달 기조력 출처
푸코가 자이로스코프로 지구 자전을 보인 실험을 한 때 (콩트 랑뒤에 보고): 1852-05 출처
푸코 자이로스코프 고리(토러스)를 처음 돌린 빠르기 — 최대 1 초에 200 바퀴: 200 회/s 출처
그 회전이 이어진 시간 (10 분): 600 s 출처
자이로스코프로 시공간을 잰 위성 Gravity Probe B 를 쏘아 올린 날: 2004-04-20 출처
Gravity Probe B 에 실은 자이로스코프 수: 4 개 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 고급 물리학 · 역학 [12고물01-03]

출처

https://science.nasa.gov/science-research/earth-science/climate-science/milankovitch-orbital-cycles-and-their-role-in-earths-climate/(확인 2026-11-12)
https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/item/10.1016/j.crhy.2017.11.003.pdf(확인 2026-11-12)
https://science.nasa.gov/mission/gravity-probe-b/(확인 2026-11-12)

팽이의 비틀거림 (세차 운동)