필자가 대학을 다닐 때만 하더라도 일반인들이 자이로스코프를 접하게 될 일은 전혀 없어 보였다. 대형 항공기나 군사용 장비에만 들어가는 값비싼 부품이어서 미래에도 우리 생활에 필수적인 물건이 되리라고 상상하긴 어려웠기 때문이다.
휴대폰에 그리고 드론을 포함한 각종 장난감에 자이로스코프가 한두개씩 들어가 있는 오늘날에도 자이로스코프가 무엇인지 잘 알고 있는 사람은 드물다. 그 덕에 필자처럼 조금 아는 사람도 전문가입네하고 아는 척할 수 있는 것인가? ㅎ
우주로 향하는 문이라고 다소 거창한 부제를 단 이유는 지구상에서도 이 물건의 쓰임새는 참으로 많지만 지구의 힘에서 벗어난 우주로 나가려면 자이로스코프 없이는 불가능하기 때문이다.
자이로스코프는 그 종류도 많고 쓰임새도 다양해서 한정된 지면에 다 쓰기에는 너무 방대하고, 또 친절하게 설명하려고 하면 복잡한 수학이 개입되어 거의 빛의 속도로 재미가 없어진다. ㅎ
자이로스코프는 관성센서의 일종이다. 관성센서? 이건 또 뭔 소리인가? 가장 쉽게 시작한다는게...ㅎㅎ. 관성이라는 것은 물체가 그 상태를 유지하려는 성질이다. 움직이고 있든 정지해 있든... 어떤 상태가 변하려면 힘이 가해져야 하기 때문에... 다르게 말하면 가속도가 없는 상태를 유지하려는 성질이다.
관성센서는 관성이 방해받을 때 그 방해하는 가속도의 정도를 측정하는 센서인데 그것이 직선 운동이면 가속도센서, 회전운동이면 자이로스코프라고 부르는 것이다.
우주공간에서 유영하는 우주인들은 지구상에서와는 달리 마찰력이 전혀 없어 조그만 힘에도 마구 회전하게 된다. 정확히 우주인의 질량 중심에 힘이 작용하는 법이 없기 때문에 조그만 충격에도 뱅글뱅글 도는 것이다. 이 때 회전력을 감지하는 자이로스코프가 없으면 전혀 원하는대로 움직일 수가 없다.
자이로스코프의 원형은 휴대폰에 실장되어 있는 칩과는 전혀 다르게 팽이같이 생겼다. 팽이를 손바닥 위에 돌려본 적이 있는가? 돌아가는 팽이를 손바닥 위에 올려놓고 손바닥을 기울이면 어떻게 되나? 신기하게도 팽이의 축은 손바닥과 기울어지지만 여전히 지구 중심축을 향하고 있다. 이런 회전축이 가지는 특성이 관성평면(이건 또 뭔 솔? 다음 장에서 설명) 상에서 얼마나 기울어져있는지 측정할 수 있는 것이다.
회전하는 팽이의 축을 일부러 쓰러뜨리면 어떻게 될까? 회전하는 축은 인간이 기대하는대로 움직여주지 않는다. 가해지는 힘의 방향과는 90도 다른 방향으로 쓰러질 것이다. 고등학교 때 배웠던 지구의 세차운동은 자전하는 지구가 공전하는 힘을 받았을 때 자전축이 쓰러지기 때문인데 공전이라는 원운동에 의해 결과적으로 자전축이 원을 그리면서 도는 것이다.
우주는 회전하는 천체로 가득 차 있다. 자이로스코프는 이 광활한 우주로 나가는 문이자 그 자체가 소우주이다.