[집에서 하는 과학 실험]지구의 세차운동 알아보기

지구의 세차운동 알아보기

오늘은 정말 간단한 실험을 한가지 소개해 보겠습니다. 바로 세차운동을 알아보기 위한 실험이에요.
세차 운동에 대해 간략하게 짚고 넘어갈게요.

세차운동:회전하는 팽이가 보여주는 가장 놀라운 기술은 기울어진 채로 회전할 수 있다는 것이다. 정지한 물체가 기울어지면 중력에 의해 그대로 쓰러지는 것과 달리 매우 신기한 현상이다.

팽이싸움을 한다며 팽이끼리 부딪치게 해도 팽이는 쉽게 쓰러지지 않는다. 축이 기울어진 채로 계속 회전한다. 회전하는 팽이의 옆부분에서 힘을 가하면, 팽이는 축이 옆으로 기울어지면서 그대로 쓰러지는 것이 아니라 기울어진 채로 계속 회전한다.

이때는 팽이만 회전하는 것이 아니라 기울어진 축도 바닥과 수직인 중심을 기준으로 빙빙 회전하게 된다. 축이 옆으로 기울었다가 원래의 축 방향을 유지하려고 하기 때문에 새로운 중심을 기준으로 빙글빙글 회전하게 되는 것이다. 이러한 팽이의 운동을 ‘세차 운동’이라고 하는데, 팽이의 축에 수직인 방향으로 약한 힘이 작용할 때 일어난다.

따라서 팽이처럼 운동하는 물체의 경우 외부에서 힘이 작용하면 세차 운동을 하게 되는데, 지구도 세차 운동을 한다. 지구는 자전축을 중심으로 회전하는 거대한 팽이라고 할 수 있다. 자전축이 북극성을 향해 고정된 상태가 아닌 계속 바뀌는 세차 운동을 한다.

지구의 세차 운동을 처음으로 알아낸 사람은 기원전 125년경 그리스의 천문학자인 히파르코스(Hipparchus)이다. 그는 자신의 관측 결과와 150년 전 티모카리스의 관측 결과를 비교해 모든 별의 황경(黃經)1)이 150년 동안 약 2도 증가했다는 사실을 알아낸다. 그리고 이 현상을 설명하기 위해 좌표계의 원점이 황도를 따라 1년에 약 50초만큼 이동했다고 주장하면서 이를 ‘세차(歲差)’라 불렀다. [네이버 지식백과] 사람을 죽이고 살리는 팽이의 비밀은? - 팽이치기의 과학 (과학교사 최원석의 과학은 놀이다, 2014. 5. 23., 최원석)

즉, 팽이를 돌려보면 팽이의 축이 위에서 빙글빙글 도는 현상을 관찰할 수 있는데 이를 세차운동이라 하고 지구의 자전축도 이렇게 세차운동을 한다는 것입니다. 이때문에 빙하기와 간빙기가 생기고 북극성의 위치도 바뀐다는 것이지요.

• 세차운동 실험

재료와 도구: 클레이, 이쑤시개

1. 클레이를 동그랗게 뭉친 후 가운데에 이쑤시개를 끼워주세요.

2. 돌려봅니다.

팽이가 돌며 팽이 축이 원을 그리는 모습을 관찰해 볼 수 있습니다. 이때 팽이는 지구, 이쑤시개는 자전축 이라고 설명해주시면 됩니다.

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또 추가로 지구가 자전하면서 지구의 적도 부분이 뚱뚱해지는 이유도 알아보는 실험도 해보았어요.

지구는 자전의 영향으로 적도 부근에서 약간 부푼 형태, 즉 타원체이다. 적도의 지구 반지름이 남북극을 지나는 자오선의 반지름보다 약 43 km 정도 더 크다. 한마디로 공이 위아래로 눌린 양, 옆이 더 넓어진 상태다. [출처:나무위키]

• 지구의 적도

재료와 도구: 종이, 연필

1. 길게 자른 종이 두개를 준비합니다.

2. 각 종이를 고리모양으로 만든 뒤, 두 종이고리를 교차시켜 가운데에 표시를 해줍니다.

3. 가운데 표시한 부분에 연필을 꽂은 후, 아래 위를 테이프로 고정합니다.

3. 돌려봅니다.

돌리면 가운데 부분이 뚱뚱해지는 것을 관찰할 수 있습니다. 실험을 통해 지구가 자전하며 적도부분이 뚱뚱해 지는 것을 설명해줄 수 있습니다.

간단하지만 지구의 자전과 세차운동에 대해 알아볼 수 있는 의미있는 실험일 듯 합니다. 물론 팽이의 세차운동과 지구의 세차운동은 그 원리와 도는 방향등 다른 부분이 있습니다. 이에 대해서는 자세하고 쉽게 정리해 놓은 글이 있어 첨부하니 참고하시기 바랍니다.

★ 지구의 세차운동 ★