단순 진자

1 · 예측

진자의 길이를 두 배로 늘리면 주기는 어떻게 되나요? 밥을 더 무겁게 만들면 기간이 전혀 바뀌나요?

• 진자가 길수록 주기가 길어집니다(앞뒤로 더 천천히 흔들림). 질량은 효과가 없습니다.
• 진자가 길수록 주기가 짧아집니다(앞뒤로 더 빠르게 흔들림).
• 무거운 봅은 로프 길이에 관계없이 더 천천히 스윙합니다.

2 · 설정

1. 역학 샌드박스에서 Pendulum 사전 설정을 엽니다.
2. 봅의 속도 프로브가 수학 패널에 활성화되어 있는지 확인하세요. 각 스윙의 하단에서 최고 값을 읽을 수 있습니다.
3. 각 행에 대해 봅의 질량, 로프 길이 및 수직에서의 해제 각도를 설정한 다음 봅을 놓아 스윙하게 합니다.

3 · 데이터 수집

세 행에 대한 주기(초)와 로프 길이(m)를 그래프로 표시합니다. 관계는 직선인가?

4 · 분석

1. 한 행에 대해, 에너지 보존(½mv² = mgh, h = L(1 − cos θ₀))을 이용해 진자가 진동의 가장 아래 지점에서 갖는 최대 속력을 계산하고, 실시간 속력 프로브 측정값과 비교하세요. 서로 일치합니까?
2. 세 행 모두에서 기간 열을 살펴보세요. 밥의 질량에 따라 달라지나요? 공식을 사용하여 그 이유와 그렇지 않은 이유를 설명하세요.

5 · 확장

1. 주기 공식 T = 2π√(L/g)에서는 릴리스 각도가 작은 것으로 가정합니다. 릴리스 각도가 30°를 넘어 증가함에 따라 실제 기간에 어떤 일이 발생하는지 예측합니다. 샌드박스에서 측정된 기간이 여전히 공식과 일치합니까?
2. 스윙의 바닥에서 진자가 가장 빠르게 움직입니다. 초기 중력 위치 에너지는 어디로 갔으며 왜 여러 번의 스윙에서 총 유지량이 (거의) 일정합니까?

이 실험의 물리학

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