역학
원운동
공이 일정 반경으로 돕니다: 막대의 장력이 구심력(F = m·v²/r)이며 항상 중심을 향합니다. 공에 타이머를 놓아 공전 주기를 읽으세요.
원운동 — 인터랙티브 역학 시뮬레이션. 공이 일정 반경으로 돕니다: 막대의 장력이 구심력(F = m·v²/r)이며 항상 중심을 향합니다. 공에 타이머를 놓아 공전 주기를 읽으세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
등속 원운동
일정한 속도의 원운동에서도 속도 방향이 계속 바뀌므로 물체는 중심 쪽으로 가속합니다.
속도가 일정해도 구심 가속도는 안쪽을 향합니다. 막대 위의 공에서는 막대가 경로를 원으로 휘게 하는 구심력을 제공합니다.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
막대 위의 공은 고정된 중앙 축을 일정한 속도로 공전합니다. 반경을 동일하게 유지하면서 공의 궤도 속도를 높이면 전체 랩 시간(주기)이 길어지거나 짧아지나요, 아니면 그대로 유지되나요?
검토할 예측
- 기간이 길어집니다(한 바퀴당 더 많은 시간이 소요됩니다).
- 주기는 동일하게 유지됩니다(속도는 주기에 영향을 주지 않습니다).
- 주기가 짧아집니다(한 바퀴당 시간이 덜 걸립니다).
다양한 역할
설정하는 것:
- 질량 m (kg)
- 반경 r (m)
- 궤도 속도 v (m/s)
측정하는 것:
- 구심력 F = mv²/r (N)
- T 구간(1랩) (s)
실험 진행 방법
- 원형 모션 사전 설정을 엽니다. 막대의 길이(궤도 반경)와 공의 질량을 기록하고 중력이 꺼져 있는지 확인합니다. 막대만이 경로를 구부리는 힘을 공급합니다.
- 속도 프로브가 공에 부착되어 있는지 확인하고 공에 타이머를 놓아 전체 회전 시간을 측정할 수 있습니다.
- 아래의 각 시행에 대해 공의 질량, 로드 길이(반경) 및 초기 접선 속도를 설정한 다음 재생을 누르고 완전한 랩 시간을 측정합니다.
지배방정식
구심력 — F = m·v² / r
공이 직선이 아닌 원형으로 계속 움직이도록 막대가 제공해야 하는 안쪽 힘입니다. 이는 공의 질량, (일정한) 궤도 속도 및 원의 반경에 따라 달라집니다. 이는 각 시행 설정에서 막대에서 느낄 수 있는 장력입니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에서는 설정한 반경과 속도(T = 2πr/v)로부터 기간을 계산하는 작업을 보여주고 이를 시뮬레이션의 타이머 판독값과 비교합니다.
- 세 번의 시도에서 고정 반경에서 속도를 높이면 주기가 어떻게 바뀌나요? 고정된 속도로 반경을 늘리면 주기가 어떻게 바뀌나요? T = 2πr/v를 사용하여 두 가지를 모두 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 이 프리셋은 중력을 꺼 두어 운동이 진짜 등속 운동입니다. 중력을 다시 켜도 막대가 여전히 수평 원을 그린다면, 공의 속력은 한 바퀴 내내 일정하게 유지될까요? 왜 그런지 아니면 왜 아닌지 설명하세요.
- 실제 궤도를 도는 물체(손으로 휘두르는 끈 위의 공과 같은)는 공기 저항과 매 랩마다 약간의 에너지를 잃습니다. 측정된 기간이 여러 바퀴에 걸쳐 완벽하게 일정하게 유지되거나 표류할 것으로 예상하십니까? 어느 방향으로?
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- 원운동에 오신 것을 환영합니다
- 공 선택
- 재생을 누르세요
- 계속 방향 전환
- 데이터 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.