SCIENCE 3D | 자이로스코프 (폰 회전 센서)

무슨 일이 일어났나

자이로스코프는 푸코가 그리스 말 «돌기(gyros)» 와 «보기(scope)» 를 합쳐 지은 이름으로, 물체가 어느 쪽으로 얼마나 빨리 도는지 재는 장치입니다. NASA 의 허블 우주 망원경도 자이로스코프로 몸체가 도는 방향과 빠르기를 잽니다.

빨리 도는 바퀴는 회전축의 방향을 지키려 합니다. 시뮬레이터에서 같은 팽이를 1 초에 20 바퀴로 돌리면 식으로 셈한 세차 빠르기가 3.47 rad/s 이지만, 푸코의 고리처럼 1 초에 200 바퀴로 돌리면 0.347 rad/s 로 10 배 느려져 축이 거의 제자리를 지킵니다.

폰처럼 작은 기기에는 빨리 도는 바퀴를 넣을 자리가 없습니다. NASA 제트 추진 연구소(JPL)가 2003 년 보고한 마이크로 자이로스코프는 바퀴 대신 작은 떨림 요소를 정전기 힘으로 떨게 하고, 기기가 돌 때 코리올리 힘이 그 떨림에 주는 효과를 전기 용량 센서로 재어 회전 빠르기를 알아냅니다.

폰마다 들어간 회전 센서의 자세한 구조는 만드는 곳마다 달라 이 쪽에서는 다루지 않습니다. 센서가 «1 초에 몇 rad 도는가» 를 내주면, 폰은 그 값을 시간에 따라 더해 얼마나 돌았는지 셈합니다.

📸 진짜 모습

허블 우주 망원경 수리 임무 때 새로 달 자이로스코프(왼쪽)와 컴퓨터(오른쪽)가 청정실에 놓여 있습니다.
출처: NASA · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

폰으로 파노라마 사진을 찍거나 게임 속 시점을 돌릴 때, 폰을 돌린 만큼 화면이 따라 돕니다.
회전의자에 앉아 폰을 들고 천천히 돌면, 자이로스코프 앱의 숫자가 의자가 도는 빠르기만큼 커집니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

도는 바퀴 (회전자) — 빨리 돌수록 회전축의 방향을 굳게 지킵니다. 허블의 자이로스코프 바퀴는 1 분에 19,200 바퀴 돕니다.
떨림 요소 (마이크로 자이로) — 바퀴 대신 정전기 힘으로 떨게 하는 아주 작은 구조입니다. 기기가 돌면 코리올리 힘이 떨림을 바꿉니다(NASA JPL).
전기 용량 센서 — 떨림이 얼마나 바뀌었는지를 전기 신호로 재어, 회전 빠르기를 알아내게 합니다.
계산 칩 — 잰 회전 빠르기를 시간에 따라 더해 기기가 돈 각도를 셈합니다.

자이로스코프 안의 바퀴를 빨리 돌리거나(바퀴 자이로), 작은 떨림 요소를 정전기 힘으로 떨게 합니다(마이크로 자이로).
기기가 돌면 돌던 바퀴는 축을 지키려 버티고, 떨던 요소는 코리올리 힘을 받아 떨림이 바뀝니다.
센서가 그 버팀이나 떨림의 바뀜을 전기 신호로 바꿔 «1 초에 몇 rad 도는지» 를 냅니다.
계산 칩이 그 값을 시간에 따라 더해 기기가 얼마나 돌았는지 셈하고, 화면을 그만큼 돌립니다.

확인된 값

«자이로스코프» 라는 이름 — 그리스 말 gyros(돌기) + scope(보기), 푸코가 지음: gyros + scope 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
푸코의 자이로스코프를 만든 기술자: Gustave Froment 출처
허블 우주 망원경의 자이로스코프 수 (한 번에 셋을 씀): 6 개 출처
허블 자이로스코프 바퀴가 도는 빠르기 (19,200 rpm = 1 초에 320 바퀴): 320 회/s 출처
자이로스코프는 물체가 어느 쪽으로 도는지 잰다 (허블 우주 망원경): 회전 방향 측정 출처
MEMS 가속도 센서가 들어가는 물건 — 휴대 전화 등 (가속도 센서 이야기 · 자이로 아님): cell phones 출처
JPL 마이크로 자이로스코프 — 회전을 느끼는 떨림 요소를 정전기 힘으로 떨게 한다 (NASA Tech Briefs 2003): electrostatic drive 출처
그 떨림은 전기 용량 근접 센서로 잰다: capacitive sensing 출처
회전 빠르기는 코리올리 힘이 떨림에 주는 효과로 알아낸다: Coriolis effect 출처
그 기술 보고(Microgyroscope with Vibrating Post as Rotation Transducer)가 실린 때: 2003-10 출처
허블 자이로스코프는 도는 방향과 회전 빠르기를 잰다 (NASA): direction and rate 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 고급 물리학 · 역학 [12고물01-03]
한국 2022 · 물리학 실험 · 물리 실험의 기초

출처

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/hubble/observatory/design/hubble-one-gyro-mode/(확인 2026-11-12)
https://science.nasa.gov/mission/hubble/observatory/design/pointing-control/(확인 2026-11-12)
https://www.nist.gov/news-events/news/2017/05/intrinsic-properties-secret-lives-accelerometers(확인 2026-11-12)
https://ntrs.nasa.gov/citations/20110023973(확인 2026-11-12)

자이로스코프 (폰 회전 센서)