항해사 1급 면접 시험으로 단골 출제되는 이 문제는 신기하게도 정확한 답을 아는 사람이 거의 없는 거 같습니다. 출제하시는 교수님만 알고 계신 거 같은데 비슷하게 대답해도 아니라고 한다고 합니다.
그래서 너무 궁금해서 찾아보았습니다. 그럼에도 불구하고, 정확한 답처럼 명확하게 나오지는 않아서 제가 공부해서 분석해보았습니다.
많은 항해사님들께 도움이 되시길 바랍니다.
먼저, 자이로컴퍼스가 일정한 방향을 가리키는 이유에 대한 중요한 키워드를 나열해보겠습니다.
- 지구 자전
- 지구 자전으로 인한 각속도
- 각운동량법칙
- 축의 기울기
- 세차운동
- 감쇠
위의 키워드를 가지고 아래의 질문에 대해서 답변을 해보겠습니다.
자이로컴퍼스 090도에서 껐다가 켰을 때, 북을 가르키는 과정에 대해서 설명하시오.
1. 자이로컴퍼스가 090도라는 것은 실질적으로 자이로컴퍼스의 축과 선박의 Heading이 이루는 각도가 090도라는 것이지 자이로컴퍼스의 축이 090도에 있는 것은 아닙니다.
2. 그래서 문제를 정확하게 낸다고 하면 자이로컴퍼스의 축이 090도에 있을 때, 자이로컴퍼스의 축이 북을 가르키는 과정에 대해서 설명하라고 하는 것이 맞는 문제인 거 같습니다.
3. 그렇다면 자이로컴퍼스 축이 090도에 있을 때, 어떻게 북을 찾아가는지 보겠습니다.
4. 먼저, 우리는 지구에 있습니다.
5. 우리가 살고 있는 지구는 자전합니다.
6. 자전하는 지구는 구 형태입니다.
7. 구는 돌아가는 위치마다 각속도가 다릅니다.
8. 적도에서 시속 1667km/h, 초속 460m/s이며 양극으로 갈 수록 각속도는 작아집니다.
9. 예를 들면, 적도의 둘레와 위도 60도에서의 둘레(거리)가 당연히 차이가 납니다.
10. 그러나 하루에 1바퀴 도는데 걸리는 시간은 24시간으로 같습니다.
11. 그러므로 적도 거리/24시간, 위도 60도의 거리/24시간하면 적도가 똑같은 시간에서 더 많은 거리를 돌기 때문에 각속도가 큽니다.
12. 이런 지구 위에서 어떤 회전체가 고속으로 회전을 합니다.
13. 팽이처럼 축이 평면에 수직으로 회전을 할 수도 있고 자전거처럼 수평으로 회전을 할 수도 있습니다.
14. 이러한 축이 자유롭게 움직일 수 있게 설계된 것이 자이로스코프입니다.
15. 우리에게 필요한 것은 북을 가르키기 위한 수평축 자전거처럼 수평입니다. 그래서 이 축을 적어도 수평이 되게끔 잡아줘야 합니다.
16. 우리 선박이 무게중심에 맞게 바다에 뜨듯이, 또한 오뚜기가 넘어졌다가 다시 일어나듯이 스핀축 아래에 무게추를 하나 달아줍니다.
17. 그게 아래의 그림처럼 무게추로 인해서 A처럼 지표면에 평행이 되게 될 것인데 결국 중력이 작용해서 입니다.
18. 이렇게 중력을 이용해서 축이 지표면에 수평이 되었습니다.
19. 그런데 우리에게 필요한 것은 진북을 가르키는 축입니다.
20. 이 진북을 가르키게 만들기 위해서 서두에 말한 지구자전을 이용하게 됩니다.
21. 지구는 어디에서 어디로 도나요? 서에서 동으로 돕니다. 그러니 태양이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지게 되죠.
22. 그러면 쉽게 생각해서, 자동차가 갑자기 출발하면 자동차 안에 있는 사람 몸이 뒤로 밀리게 됩니다.
22. 이처럼 자이로컴퍼스 스핀축에도 지구각가속도에 따른 힘과 기울기를 이용하도록 아래처럼 수은을 이용합니다.
23. 위에 1번은 수평을 이루는 상황에서 2번처럼 지구가 돌게 되면 수은이 뒤로 쏠리게 되는 기울기가 발생하게 되고 이게 힘이 되어 세차운동을 시작하게 됩니다.
24. 자동차가 갑자기 출발하면 출발방향과 반대로 몸이 쏠리듯이 2번의 자이로도 지구 자전과 반대방향으로 기울기가 발생하게 되었습니다.
25. 그러면 회전하는 물체의 축은 어떻게 움직일까요?
26. 자전거가 빠르게 달리면 방향을 조절할 때, 몸을 이용합니다. 기울이는 방향으로 회전하게 됩니다.
27. 이처럼 회전하는 물체의 축은 힘을 받는 방향으로 움직이게 되는 것이지요.
28. 그러면 열심히 북쪽을 향해 가던 축이 북쪽에 멈추느냐?
29. 아닙니다. 오버슈팅을 하게 됩니다.
30. 그래서 동쪽 090도에서 시작한 자이로컴퍼스의 스핀축이 힘을 받는 방향으로 움직여서 북쪽 000도를 통과하게 되었지만 그 동안 움직이던 관성 때문에 오버슈팅을 하게 됩니다.
31. 그리고 다시 넘어간 부분에서 지구자전 영향을 받아 힘이 생기게 되고 다시 반대 방향으로 넘기는 힘이 생기게 됩니다.
32. 이렇게 감쇠가 되면서 진북을 가르키게 됩니다.
33. 030도에서 000도를 지날 때까지가 23분이고, 000도에서 350도까지 오버슈팅될 때까지가 17분, 350도에서 다시 000도 통과까지가 22분 정도입니다.
34. 이를 통해서, 030도에서 003도까지 감쇠되는데 걸리는 시간은 75분이며 이게 자연 감쇠주기입니다.
35. 이를 090도에서 000도까지로 적용한다고 하면 그만큼 더 시간이 걸리겠죠. 그래서 자이로를 3~4시간 전에는 켜야하는 것입니다.
** 이해되셨나요? 시험 대비 결론은 여러분들께서 만들어보시기 바랍니다.
정확한 답은 아니더라도 이렇구나 알고 넘어가시면 굉장히 도움이 되실 거 같습니다.
'항해사자료' 카테고리의 다른 글
| 한국 여객선 선장, 항해사 연봉 (2) | 2023.06.17 |
|---|---|
| 대수속력과 대지속력의 차이 (0) | 2023.06.11 |
| 대형 선박 상선 앵카 놓는 방법 (0) | 2023.06.04 |
| 항해사 현실과 처우 (0) | 2023.05.11 |
| 선박 항해사가 하는 일, 항해사 연봉 (0) | 2023.05.09 |