SCIENCE 3D | 폰으로 재는 회전의자 돌기 (각운동량)

무슨 일이 일어났나

폰의 자이로스코프(회전 센서)는 폰이 얼마나 빨리, 어느 쪽으로 도는지를 재는 장치입니다 — NASA 의 허블 우주 망원경도 자이로스코프로 몸체가 어느 쪽으로 도는지를 잽니다. 회전 빠르기를 «1 초에 도는 각도» 로 나타내면 1 초에 한 바퀴가 2π ≈ 6.28 rad/s 입니다.

밖에서 돌리는 힘이 없으면 각운동량(m·v·r)이 그대로라, 팔을 모아 물병이 축에 가까워지면 더 빨리 돌아야 합니다. NASA 는 중력으로 줄어든 펄서가 각운동량을 지키려고 더 빨리 돈다며 이를 팔을 모으는 스케이트 선수에 빗댑니다.

물병만 본 단순 모형에서는 반지름이 절반이면 빠르기가 2 배, 1 초에 도는 각도가 4 배입니다(시뮬레이터 1.25 → 5 rad/s). 실제로는 몸통과 의자도 함께 돌아 무게가 다 모이지 않으므로, 폰에 찍히는 숫자는 4 배보다 작게 커집니다.

의자 축의 마찰이 조금씩 회전을 빼앗으므로, 팔을 모으기 바로 전과 바로 뒤 1~2 초의 값을 견주어야 합니다.

💡 생활 속 예시

놀이터 회전 놀이 기구를 탄 친구가 가장자리에서 가운데로 걸어 들어가면 놀이 기구 전체가 눈에 띄게 빨라집니다.
다이빙 선수가 공중에서 무릎을 끌어안으면 빠르게 몇 바퀴 돌고, 몸을 쭉 펴면 회전이 느려져 곧게 물에 들어갑니다.

🧪 해 보기

튼튼한 회전의자를 가구에서 1 m 넘게 떨어진 넓은 곳에 두고, 의자 둘레 바닥에 이불이나 쿠션을 깝니다.
자이로스코프(회전 빠르기)를 그래프로 보여 주는 앱을 켜고 기록을 시작한 뒤, 폰을 지퍼가 있는 주머니에 넣고 닫습니다.
뚜껑을 꼭 닫은 500 mL 물병을 양손에 하나씩 들고 팔을 옆으로 쭉 편 채 앉으면, 함께하는 사람이 의자를 천천히 한 번 밀어 돌려 줍니다.
두세 바퀴 돈 뒤 물병을 가슴 쪽으로 끌어당기고, 몇 초 뒤 다시 천천히 팔을 폅니다.
기록을 멈추고, 팔을 모으기 바로 전과 바로 뒤의 세로축(z) 회전 빠르기(rad/s)를 읽어 몇 배가 되었는지 셈한 뒤, 이 쪽 시뮬레이터의 반지름 · 빠르기를 바꿔 견줘 봅니다.

⚠️ 어린이는 어른과 함께 하고, 의자는 다른 사람이 천천히 한두 번만 밀어 줍니다 — 어지러우면 바로 발을 내려 멈춥니다.
⚠️ 폰은 손에 들지 말고 지퍼를 닫은 주머니에 넣어, 도는 동안 빠져나와 떨어지지 않게 합니다.
⚠️ 물병은 뚜껑을 닫은 플라스틱 병만 쓰고, 아령 · 유리병처럼 놓치면 다칠 수 있는 것은 쓰지 않습니다.
⚠️ 움직임 센서 값은 내 폰 안에서만 보고, 기록을 다른 사람에게 보내거나 인터넷에 올리지 않습니다.

누가 왜 찾았나

1852 년 5 월, 레옹 푸코(Léon Foucault)는 지구가 돈다는 것을 더 곧바로 보이려고 만든 장치에 그리스 말 gyros(돌기)와 scope(보기)를 합친 «자이로스코프» 라는 이름을 붙였습니다. 기술자 귀스타브 프로망(Gustave Froment)이 만든 그 바퀴는 1 초에 200 바퀴까지 돌아 10 분 동안 회전이 이어졌습니다. 오늘 폰 속 회전 센서도 같은 이름으로 불리며, 의자가 1 초에 얼마나 도는지를 잽니다.

확인된 값

펄서가 빨리 도는 까닭 = 피겨 선수가 팔을 모으면 빨라지는 까닭 (NASA): 같은 까닭 출처
그 까닭은 각운동량 보존 (NASA): 각운동량 보존 출처
작아지면 각운동량을 지키려고 더 빨리 돌아야 한다 (NASA): 작아지면 빨라짐 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
«자이로스코프» 라는 이름 — 그리스 말 gyros(돌기) + scope(보기): gyros + scope 출처
푸코가 자이로스코프를 만든 까닭 — 지구 자전을 더 곧바로 보이려고: proof of Earth rotation 출처
그 실험을 한 때 (콩트 랑뒤에 보고): 1852-05 출처
푸코 자이로스코프 바퀴(토러스)를 처음 돌린 빠르기 — 최대 1 초에 200 바퀴: 200 회/s 출처
그 회전이 이어진 시간 (10 분): 600 s 출처
푸코의 장치를 만든 기술자: Gustave Froment 출처

교육과정에서는

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

출처

https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cool_pulsar_fact1.html(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://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/item/10.1016/j.crhy.2017.11.003.pdf(확인 2026-11-12)

폰으로 재는 회전의자 돌기 (각운동량)