역학
질량-스프링
질량이 단순 조화 운동으로 위아래로 움직이는 것을 관찰하세요.
질량-스프링 — 인터랙티브 역학 시뮬레이션. 질량이 단순 조화 운동으로 위아래로 움직이는 것을 관찰하세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
스프링 진동
질량-스프링은 스프링이 변위에 비례하는 복원력(훅 법칙)을 가하므로 진동합니다.
늘이거나 압축되면 스프링이 질량을 평형으로 되돌립니다. 에너지는 스프링 위치 에너지와 운동 에너지 사이에서 교환되며 단순 조화 운동을 만듭니다.
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
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
용수철에 매달린 질량을 두 배로 늘리면 진동주기도 두 배로 늘어나나요?
검토할 예측
- 기간이 두 배로 늘어납니다.
- 기간은 동일하게 유지됩니다.
- 기간은 증가하지만 두 배 미만으로 늘어납니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 대량의 (kg)
- 스프링 상수 (N/m)
측정하는 것:
- 기간 (s)
- 평형 확장 (m)
실험 진행 방법
- 역학 모듈에서 Mass-on-Spring 프리셋을 엽니다. 공(추)이 위에 고정된 스프링에 매달려 있습니다.
- 추에 이미 부착된 속도 프로브에 주목하세요. 추의 진동에 따른 순간 속도를 보고합니다.
- 각 행에 대해 추의 질량과 스프링의 강성을 설정하고 추를 약간 아래로 당긴 다음 놓아서 진동하고 고정되도록 합니다.
지배방정식
봄 기간(SHM) — T = 2π·√(m / k)
이상적인 스프링에서 진동하는 질량의 경우 주기는 진폭이나 중력이 아니라 질량과 스프링 상수에만 의존합니다.
평형 상태에서의 운동 에너지 — KE = ½·m·v²
추의 속도는 평형점을 통과할 때 가장 빠릅니다. 프로브의 최고 속도를 읽어 거기에서 운동 에너지를 찾으세요.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- T = 2π√(m/k)를 사용하여 각 행의 주기를 계산하고 이를 샌드박스에서 시간을 측정한 값과 비교합니다.
- 1행과 3행의 질량비는 1:4입니다. 어떤 요인에 의해 시대가 변했는가? √4 = 2와 일치하나요?
실험 밖에서의 활용
- 질량 대신 스프링 상수 k를 증가시키면 주기가 증가합니까, 감소합니까? 예상되는 추세를 스케치하세요.
- 추는 중력 하에서 눈에 띄게 더 낮게 매달려 있지만(평형 확장 = mg/k), 중력 g는 T = 2π√(m/k)에 나타나지 않습니다. 평형 위치에 있음에도 불구하고 주기가 중력의 영향을 받지 않는 이유를 설명하십시오.
- AP Physics 1 — Unit 7: Oscillations
- AP Physics C: Mechanics — Unit 7: Oscillations
- IB Physics — A.1 Kinematics
- IB Physics — C.1 Simple harmonic motion
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
- 용수철 위의 질량에 오신 것을 환영합니다
- 추 선택
- 재생을 누르세요
- 위아래 진동
- 데이터 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.