▷ 진자

이 기사에서는 진자가 무엇이고 그 특성이 무엇인지 설명합니다. 또한 다양한 유형의 진자가 무엇인지 확인할 수 있습니다.

진자 란 무엇입니까?

진자는 고정된 지점에 매달려 있고 자유롭게 진동할 수 있는 질량으로 구성됩니다. 즉, 진자는 와이어나 로프에 의해 고정된 지점에 매달려 있고 두 극단 사이에서 자유롭게 진동할 수 있는 질량으로 구성된 물리적 시스템입니다.

진자의 질량이 정지 위치, 즉 평형 위치에서 이동한 후 놓으면 질량은 중력의 영향을 받아 평형 위치를 향해 가속됩니다. 그런 다음 질량은 공기와의 마찰로 인해 평형 위치에서 멈출 때까지 좌우로 진동하기 시작합니다.

예를 들어, 진자의 움직임은 진자시계에서 선명하게 볼 수 있는데, 진자추의 무게가 왼쪽에서 오른쪽으로 반복적으로 흔들리며 시간을 측정합니다. 따라서 진자에 의해 발생하는 진동 운동을 진자 운동 이라고 합니다.

단순한 진자

단진자(Simple Pendulum)는 수학적 진자 또는 이상진자( Ideal Pendulum) 라고도 하며 일정 길이의 와이어에 의해 고정된 지점에 매달려 있는 질량 입자로 구성된 시스템입니다.

물리학에서 단진자는 매달린 질량의 진동 운동을 연구하는 데 사용됩니다. 질량에 힘이 가해지면 질량은 평형 위치를 통과하여 한쪽에서 다른 쪽으로 진동하므로 진동 운동을 나타냅니다.

게다가 물리학에서는 단진자에서는 질량과 공기의 마찰을 무시하므로 진자는 무한정 진동하며 모든 진동은 동일한 진폭을 갖는다고 가정합니다.

➤ 참조: 단진자(물리학)

단순 진자의 특성

단진자는 다음과 같은 특성 또는 부분으로 정의됩니다.

길이(ℓ) : 단진자의 고정점에서 진자의 운동을 하는 물체의 무게중심까지 가는 끈의 길이이다.
진동 : 이것은 단진자의 극단 위치와 초기 위치로의 복귀 사이에서 질량이 이동하는 호입니다.
주기(T) : 진동을 완료하는 데 필요한 시간입니다.
주파수(f) : 단진자가 단위 시간당 진동하는 횟수입니다.
각도(θ) : 진자줄과 수직선이 이루는 각도이다.
진폭(Θ) : 단진자가 극단 위치에 있을 때 수직선과 현이 이루는 각도입니다.

간단한 진자 공식

단진자의 진동 운동 방정식은 다음과 같습니다.

$\theta=\Theta\cdot\text{sin}(\omega\cdot t+\phi)$

금:

$\theta$

단진자의 끈과 끈이 이루는 각도이다.
$\Theta$

는 단진자의 진폭입니다.
$\omega$

는 단진자의 맥동 또는 각진동수입니다.
$t$

각도가 계산되는 순간입니다.
$\phi$

단순 진자의 초기 단계입니다.

한편, 진폭 진동 이 작은 단진자의 주기를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

$\displaystyle T=2\pi\sqrt{\frac{\ell}{g}}$

금:

$T$

단진자의 주기이다.
$\ell$

는 단진자의 끈의 길이이다.
$g$

는 중력가속도이며, 지구에서의 값은 9.81 m/s ² 입니다.

진자의 종류

진자의 유형은 다음과 같습니다.

간단한 진자.
복합 진자.
사이클로이드 진자.
이중 진자.
푸코 진자.
진자 트위스트.
구형 진자.

아래에서는 이미 위에서 자세히 설명한 작동 방식의 단순 진자를 제외하고 각 유형의 진자가 무엇으로 구성되어 있는지 확인할 수 있습니다. 마찬가지로, 다른 유형의 진자가 있지만 훨씬 덜 자주 사용된다는 점에 유의해야 합니다.

복합 진자

물리적 진자라고도 불리는 복합 진자 는 질량 중심을 통과하지 않는 고정된 수평 축을 중심으로 자유롭게 진동할 수 있는 강체입니다.

사이클로이드 진자

사이클로이드 진자는 원이 미끄러지지 않고 직선으로 굴러갈 때 원 위의 한 점을 나타내는 곡선인 사이클로이드라고 불리는 기하학적 곡선을 기반으로 합니다.

이중 진자

이중 진자는 두 개의 진자로 구성된 시스템으로, 두 번째 진자가 상단이 고정된 다른 진자에 매달려 있습니다. 일반적으로 이는 두 개의 단순 진자의 결합입니다.

이 유형의 진자는 두 개의 자유도를 가지며, 이는 각 진자가 수직과 이루는 각도입니다.

푸코 진자

푸코 진자는 어떤 수직면에서도 자유롭게 흔들릴 수 있는 진자입니다. 이러한 유형의 진자는 이를 발명한 프랑스 물리학자 레옹 푸코(Léon Foucault)의 이름을 따서 명명되었습니다.

흥미롭게도 이러한 유형의 진자는 지구의 자전을 보여주는 데 사용될 수 있습니다.

진자 트위스트

비틀림 진자는 상단이 고정된 상태로 수직으로 매달린 와이어 또는 와이어와 하단에 매달려 와이어를 회전시키는 몸체로 구성된 진자 유형입니다.

일반적으로 관성 모멘트가 알려지거나 쉽게 계산되는 몸체는 디스크나 원통과 같은 비틀림 진자의 하단에 매달려 있습니다. 따라서 디스크 또는 실린더는 축이 수직 스레드인 진동 회전 운동을 수행합니다.

구형 진자

구형 진자는 공간에서 흔들리는 진자입니다. 즉, 구형 진자는 단순 진자와 같지만 단일 평면에서 흔들리는 대신 공간에서 흔들릴 수 있습니다.

예를 들어, 푸코의 진자는 단진자처럼 한 평면에서만 진동하는 것이 아니라 3차원에서도 진동하기 때문에 구형 진자입니다.

흔들리는 추