물리 실험실

진자운동이란?

진자를 작은 각도로 흔들면 주기는 진폭과 거의 무관하게 $T = 2 π L / g$ 공식(소각도 근사)을 따릅니다. 여기에 추의 질량이 들어 있지 않다는 점이 이 단원의 핵심입니다 — 무거운 추는 중력을 더 세게 받지만 그만큼 관성도 커서 두 효과가 상쇄됩니다.

이 시뮬레이터는 소각도 근사가 아니라 운동방정식 $\ddot{θ} = - (g / L) sin θ$ 을 그대로 계산합니다. 그래서 진폭이 커질수록 실제 주기가 공식값보다 길어지는 것까지 그대로 나타나고, 이론값·정확한 이론값·실측값을 표에서 나란히 비교할 수 있습니다.

이렇게 관찰해보세요

시작 각도를 5°처럼 작게 두고 실행해 실측 주기가 이론값과 거의 일치하는지 확인한 뒤, 같은 진자를 60°·90°로 올려 오차가 어떻게 벌어지는지 표에서 비교해보세요.
진자를 추가해 줄 길이만 다르게 두고 나란히 흔들어보세요. 길이를 4배로 늘리면 주기가 2배가 되는 것(제곱근 비례)이 θ 그래프의 박자로 보입니다.
이번엔 질량만 다르게 두고 감쇠를 끈 채 실행해보세요. 무거운 추와 가벼운 추가 정확히 같은 박자로 흔들립니다.
에너지 그래프에서 운동에너지와 위치에너지가 번갈아 부풀었다 줄어드는 동안, 둘의 합인 천장이 수평선으로 유지되는지 보세요. 감쇠를 켜면 그 천장이 서서히 내려앉습니다.
잔상 점은 일정한 시간 간격으로 찍힙니다. 그래서 점 사이가 벌어진 곳이 빠른 구간(최하점), 촘촘한 곳이 느린 구간(양 끝)입니다.