단진동

Simple harmonic motion

크게 흔들든 작게 흔들든 한 번 오가는 시간이 똑같은 움직임이 있을까요?

무슨 일이 일어났나

단진동은 제자리에서 벗어난 만큼에 비례하는 힘이 제자리 쪽으로 끌어당길 때 생기는, 같은 박자로 되풀이되는 왕복 운동입니다.

NIST 는 이런 진동자(조화 진동자)가 한 진동수로 떤다고 설명합니다. 시뮬레이터의 «작은 각 근사» 진자는 단진동이라, 10° · 20° · 40° 어느 진폭으로 흔들어도 주기가 2.01 초입니다.

진동수는 주기의 역수라(NIST), 주기 2.01 초인 이 진자는 1 초에 약 0.5 번 오갑니다. 놓은 지 5 초 뒤 두 진자는 각각 −9.99° 와 −20.0° 에 있어, 늘 진폭에 비례하는 같은 자리를 함께 지납니다.

«작은 각 근사» 를 끄면 실제 진자처럼 진폭이 클수록 주기가 조금 길어져, 40° 로 흔들면 2.07 초입니다. Museo Galileo 에 따르면 하위헌스는 1659 년 보통 진자의 등시성이 사이클로이드 진동에서만 정확히 맞는다는 것을 보였습니다.

💡 생활 속 예시

  • 그네를 살살 밀 때와 조금 더 세게 밀 때 오가는 박자가 거의 같은 것은, 작게 흔들리는 그네가 단진동에 가깝기 때문입니다.
  • 기타 줄을 세게 튕기든 약하게 튕기든 같은 높이의 음이 나는 것도, 줄이 진폭과 상관없이 같은 진동수로 떨기 때문입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 크게 흔들수록 멀리 가야 하니, 단진동에서도 한 번 오가는 시간이 길어진다.

    NIST 는 조화 진동자가 한 진동수로 떤다고 설명합니다. 진폭이 커지면 그만큼 더 빠르게 움직여 주기는 그대로입니다. 출처

  • 갈릴레이 말대로 보통 진자는 아무리 크게 흔들어도 주기가 꼭 같다.

    Museo Galileo 에 따르면 하위헌스는 1659 년, 등시성이 사이클로이드를 그리며 흔들리는 진자에서만 맞는다는 것을 보였습니다. 보통 진자는 작게 흔들 때만 단진동에 가깝습니다. 출처

누가 왜 찾았나

Museo Galileo 에 따르면 갈릴레이는 길이가 같은 진자는 흔들리는 폭과 상관없이 주기가 일정하다고 보았습니다. 그런데 1659 년 하위헌스는 이 등시성이 사이클로이드 곡선을 따라 흔들리는 진자에서만 정확하다는 것을 보였습니다. 갈릴레이가 본 성질은, 작게 흔들어 단진동에 가까울 때 드러나는 성질이었던 셈입니다.

확인된 값

길이가 같은 진자는 주기가 일정하다 (갈릴레이의 등시성)
주기 일정 출처
주기는 흔들리는 폭과 상관없다
진폭과 상관없음 출처
하위헌스가 등시성은 사이클로이드 진동에서만 맞음을 보인 해
1659 출처
조화 진동자 — 한 진동수로 떠는 단순한 용수철
한 진동수 출처
주기는 진동수의 역수 (T = 1/f)
T = 1/f 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 역학과 에너지 · 탄성파와 소리 [12역학03-01]
  • 일본 · 高等学校 物理 (1) 様々な運動

출처

이어서 보기

같은 단원 · 진동

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