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용수철 진자
용수철에 매단 추는 무거울수록 빨리 오르내릴까요, 천천히 오르내릴까요?
무슨 일이 일어났나
용수철 진자는 용수철 끝에 추를 달고 늘였다 놓은 것으로, 용수철이 되당기는 힘 때문에 추가 제자리를 가운데 두고 오갑니다.
한 번 오가는 시간(주기)은 T = 2π·√(m/k) 라서 추가 무거울수록 길어지고 용수철이 단단할수록 짧아집니다 — 시뮬레이터에서 0.5 kg · 20 N/m 는 0.993 초, 용수철 상수를 80 N/m 로 4 배 하면 0.497 초입니다.
늘인 길이를 0.1 m 에서 0.2 m 로 바꿔도 주기는 0.993 초 그대로이고, 마찰이 없으면 0.1 m 늘였을 때 에너지 칸이 내내 0.100 J(화면 100 mJ)입니다.
NASA 에 따르면 1973 년 궤도에 오른 스카이랩의 우주인들은 흔들의자(실험 M172)로 날마다 몸무게를 살폈는데, 흔들리는 주기가 흔들리는 질량의 제곱근에 비례한다는 성질을 쓴 것이고 조심해서 재면 0.1 % 안으로 맞았습니다.
NIST 가 만든 가속도계의 시험 질량도 한 진동수로 떠는 단순한 용수철(조화 진동자)처럼 움직이게 만듭니다.
📸 진짜 모습
불러오는 중…📸 사진스카이랩 실험 M172 의 몸 질량 측정 의자 — 힘 = 질량 × 가속도(뉴턴 제2 법칙)로 무중력에서도 질량을 쟀습니다.
출처: NASA · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗
💡 생활 속 예시
- 짐을 가득 실은 트럭이 과속방지턱을 넘으면, 빈 트럭보다 느릿느릿 크게 출렁입니다 — 무거울수록 용수철 위에서 천천히 오르내립니다.
- 트램펄린 위에서 어른은 어린 동생보다 느린 박자로 출렁이고, 동생은 같은 트램펄린에서도 통통 빠르게 튑니다.
🙅 오해 깨기오해 모음 보기
누가 왜 찾았나
무게가 느껴지지 않는 궤도에서는 몸을 저울에 올려도 눈금이 움직이지 않습니다. 그래서 1973 년 5 월 14 일 궤도에 오른 스카이랩에 NASA 는 흔들리는 의자(실험 M172)를 실어, 우주인이 앉은 의자가 흔들리는 주기로 날마다 몸의 질량을 살폈습니다. 흔들리는 주기가 질량의 제곱근에 비례한다는 용수철 진자의 성질을 그대로 쓴 것입니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 역학과 에너지 · 탄성파와 소리 [12역학03-01]
- 한국 2022 · 물리학 실험 · 역학 [12물실02-08]
출처
이어서 보기
같은 단원 · 진동
- 개념나비 효과 (카오스)
- 개념점점 잦아드는 진동 (감쇠 진동)
- 개념흔들림이 커지는 때 (공명)
- 개념단진동
- 개념진자의 주기 (단진자)
- 왜? 질문무거운 추를 단 진자는 더 천천히 흔들릴까?
- 왜? 질문추시계는 어떻게 늘 같은 빠르기로 시간을 잴까?
- 왜? 질문이중 진자는 왜 다음 움직임을 내다보기 어려울까?
- 왜? 질문군인들은 왜 다리를 건널 때 발을 맞추지 않을까?
- 왜? 질문달에서는 그네가 왜 더 천천히 흔들릴까?
- 왜? 질문그네는 왜 발을 구르면 더 높이 올라갈까?
- 왜? 질문그네를 더 밀어 주지 않으면 왜 점점 멈출까?
- 왜? 질문용수철에 매단 추는 왜 위아래로 계속 오르내릴까?
- 작동 원리빌딩 흔들림을 잡는 추 (동조 질량 감쇠기)
- 실험실과 너트로 만드는 공명 진자 실험
- 실험폰 진자로 중력 가속도 재기