안녕하세요, 저는 '물리의 이해' 사이트를 자주 애용하고 많은 도움을 받고 있는 사람입니다.
한 가지 지적할 것이 있어서 메일을 보냅니다.
여러가지 진동계 시뮬레이션 중에 단진자 시뮬레이션의 알짜힘 표시가 틀린 것 같습니다.
1. 실에 매달린 추를 놓는 순간 알짜 힘은 접선 방향만 존재합니다. $mg \sin \theta$
2. 그런데 최하점에서는 장력이 중력과 원심력과 힘의 평형을 이룹니다.
즉 알짜힘인 구심력은 장력에서 중력을 뺀 값이 됩니다. 그래서 진자의 최하점에서는 알짜힘이 0이 아니라 구심방향으로 존재합니다.
3. 최고점과 최저점 사이에서는 힘을 분해해서 보면, 다음과 같습니다.
첫째, 접선 방향의 힘 $mg \sin \theta$ 는 '처음'보다는 줄어듭니다.
둘째, 지름 방향으로는 장력이 $mg \cos \theta$ 와 새로 생긴 원심력과 힘의 평행을 이룹니다.
즉 지름 방향의 알짜 힘은 $T - mg \cos \theta$ 가 되어 구심방향으로 힘이 존재합니다.
셋째, 결국 $mg \sin \theta$ 와 $T - mg \cos \theta$ 를 벡터 합성한 대각선방향으로 알짜힘이 존재합니다.
단진자는 원운동과는 다른 아주 재미있는 현상을 보입니다.
즉 단진자는 처음 운동을 시작할 때 접선방향으로만 알짜 힘이 가해지고,
운동 내내 대각선 방향(?)으로 힘이 가해지다가,
최하점에서만 알짜힘이 구심 방향을 이루는 특징을 봅니다.
그래서 '단진자는 최하점에서만 원운동과 같아진다'고 설명할 수 있겠습니다.
3번은 과거 한국물리올림피아드에서 출제된 문제이기도 합니다.
안타깝게도 많은 학생들이 원운동 및 단진자에서의 힘을 제대로 이해하지 못했기 때문에, 특히나 구심력과 관성력(원심력)을 제대로 이해하지 못해서 틀린 문제이기도 합니다. '물리의 이해' 사이트에 올바른 개념의 시뮬레이션이 제공된다면 많은 학생들에게 도움이 되리라 확신합니다.
여러모로 교수님의 홈페이지에서 많은 도움을 받고 있습니다. 감사드립니다. 안녕히 계세요.
아참, 마지막으로 쥐불놀이에 대한 시뮬레이션도 있으면 좋겠습니다. 그리고 g-loc과 함께 설명이 되어 있으면 참 좋을 것 같습니다. |
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[Re]단진자의 힘 그림에서