위키득계정 ↗
과학

진자

진자과학
영문명
Pendulum
대표 모형
단진자
주요 변수
길이, 중력가속도와 진폭
실제 영향
마찰과 공기 저항
진자는 고정점이나 축을 기준으로 흔들리며 왕복 운동하는 물체 또는 장치다. 대표적인 단진자 모형에서는 가벼운 줄 끝의 추를 생각하며, 중력과 줄의 제약에 의해 평형 위치 주변에서 진동한다.

평형 위치로 돌아오는 운동

옆으로 당긴 추를 놓으면 아래쪽으로 움직이고 반대편으로 올라간다. 중력은 평형 위치로 돌아가게 하는 운동에 관여하며, 줄은 추가 원호를 따라 움직이도록 제한한다. 중력과 줄의 장력은 같은 방향의 힘이 아니므로 역할을 구분해야 한다.

에너지의 교환

높은 위치에서는 중력 위치 에너지가 크고, 낮은 위치로 내려오면서 운동 에너지로 바뀐다. 저항을 무시한 모형에서는 이 교환이 반복된다. 실제 진자는 마찰과 공기 저항으로 역학적 에너지를 잃어 흔들림이 점차 작아질 수 있다.

작은 각도에서의 주기

길이를 l, 중력가속도를 g라고 할 때 이상적인 단진자의 작은 진폭 주기는 약 2π√(l/g)다. 이 근사에서는 추의 질량이 주기에 들어가지 않는다. 그러나 흔드는 각도가 커지면 같은 길이에서도 주기가 달라져 작은 각도 근사를 그대로 쓸 수 없다.

실제 장치의 조건

추의 크기와 줄의 질량, 축의 움직임이 중요해지면 단진자 모형에서 벗어난다. 시계처럼 진동을 유지하는 장치는 잃는 에너지를 보충해야 한다. 반복 운동이 관찰된다고 모든 진자에서 정확히 같은 주기가 영원히 유지되는 것은 아니다.

관련 문서

진폭 / 진동 / 위치 에너지 / 운동 에너지