갈릴레이의 못 진자 실험

Galileo's interrupted pendulum

흔들리는 진자의 줄이 도중에 못에 걸려 짧아지면, 추는 처음 높이까지 다시 올라갈 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

못 진자 실험은 흔들리는 진자의 줄이 가장 낮은 곳에서 못에 걸려 짧아지게 해, 추가 그래도 처음 높이까지 오르는지 보는 실험입니다.

Museo Galileo 의 18 세기 후반 장치는 주어진 높이에서 놓은 진자가 언제나 그 높이로 다시 오르고, 흔들리는 도중 줄 길이를 바꿔도 마찬가지임을 보여 줍니다.

시뮬레이터의 구슬도 0.999 m 에서 출발해 바닥에서 4.43 m/s 가 되었다가, 3.01 초 뒤 반대쪽 0.999 m 에서 멈춰 돌아섭니다 — 길의 모양보다 처음 높이가 다시 오를 높이를 정합니다.

NASA 는 진자와 그네가 높이와 빠르기를 서로 주고받는다고 설명합니다. 줄이 짧아지면 추가 지나는 길만 가파르게 바뀔 뿐, 주고받는 에너지의 합은 그대로입니다.

이런 실험 몇 가지는 이미 17 세기 초 갈릴레이가 적었고, 그는 운동 연구를 1638 년 레이던에서 낸 『새로운 두 과학』에 모았습니다.

💡 생활 속 예시

  • 놀이터 그네를 높이 당겼다가 가만히 놓으면, 반대쪽에서도 거의 같은 높이까지 올라갑니다.
  • 모터 없이 달리는 롤러코스터는 처음 끌어 올린 언덕보다 높은 언덕은 넘지 못합니다.
  • 스케이트보드를 타고 하프파이프 한쪽 끝에서 출발하면, 발을 구르지 않아도 반대쪽 거의 같은 높이까지 오릅니다.

누가 왜 찾았나

전해 오는 이야기에 따르면, 갈릴레이가 진자를 연구하게 된 출발점은 피사 대성당에서 흔들리는 등불을 우연히 본 일이었습니다(Museo Galileo). 그는 진자로 운동의 법칙을 캐물었고, 줄 길이가 도중에 바뀌어도 추가 처음 높이로 돌아온다는 실험 몇 가지를 17 세기 초에 이미 적어 두었습니다.

확인된 값

주어진 높이에서 놓은 진자는 언제나 그 높이로 다시 올라간다 (18 세기 후반 피렌체 장치)
same height 출처
흔들리는 도중 진자의 길이를 바꿔도 마찬가지다
even if length changes 출처
이런 실험 몇 가지는 이미 갈릴레이가 17 세기 초에 적었다
early 17th century 출처
『새로운 두 과학』(1638)이 나온 곳 — 레이던
Leiden 출처
전해 오는 이야기: 피사 대성당 등불의 흔들림을 본 것이 진자 연구의 시작
Cathedral of Pisa (legend) 출처
진자와 그네는 높이와 빠르기(v²)를 서로 주고받는다
height ↔ v² 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(중학교) · 운동과 에너지 [9과19-04]
  • 일본 · 中学校 第1分野 (5) 運動とエネルギー

출처

이어서 보기

같은 단원 · 일과 에너지

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① 시뮬레이터·그림: 직접 만듦

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2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

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