깜짝 과학실험

                                  강성기 지음 / 도서출판 바른사


 27. 흔들이의 그네놀이

 

 몸집이 큰 사람과 작은 사람이 시소 놀이를 한다면 한쪽으로만 기울어져 재미없는 놀이가 되고 맙니다.시소 놀이는 몸집이 비슷한 사람끼리 하던지 몸집이 틀리더라도 앉는 위치를 조절하여 무게를 비슷하게 하여야 재미있게 오르락 내리락 한답니다.

 그네 놀이를 생각해 봅시다.

 몸집이 큰 사람과 작은 사람이 각각 똑 같은 그네를 타고, 흔들리는 시간을 비교 한다면 어떻게 될까요?  

  

* 필요한 것은

   스탠드, 실, 추, 초시계

 

* 어떻게 할까요?

 1. 스탠드나 문틀에 실을 매단다.

 2. 추를 실에 매달아 실의 길이를 1m로 한다.

 3. 추는(둥근 모양의 추가 가장 좋으나 구하기가 어려우면 지우개를 칼로 둥글게 깎아서 해도 됨) 고무마개를 사용해도 가능하다.

 4. 추를 뒤로 많이 잡아 당겨 진폭을 크게 하여 진자의 주기를 측정한다.

 5. 진자의 주기 측정은 1번에 정확히 하기 어려우므로 10번 정도 왕복한 시간을 초시계로 측정하여 10 으로 나누어 주면 평균치를 구할 수 있다.

 6. 진자를 약간만 잡아 당겨 진폭을 작게 하여 진자 주기의 평균치를 구해 보자.

 7. 진자의 무게를 달리하여 4, 5, 6과 같은 실험을 한다.(예:지우개 1개와 지우개 반 개의 차이)

 8. 진자의 길이를 1m 50cm으로 하여 4, 5, 6과 같은 방법으로 실험을 하고 또한 진폭을  다르게 하여 실험 해 보자.

 

  # 진자의 공명

 1. 길고 튼튼한 실을 옆으로 팽팽히 매단다.

 2. 추에 매단 실의 길이를 30cm로 한 세개의 진자를 나란히 매단다.

 2. 가운데의 진자를 흔들어 보자.

 3. 잠시 후 양쪽의 진자들이 흔들리는 운동을 관찰한다.

 

* 왜 그럴까요?

 

 진자의 주기와 질량, 진폭, 진자 길이와의 관계를 알아 보는 실험 입니다.

 진자가A-B-C-B-A 를 1번 왕복 하는데 걸린 시간을 진자의 주기라 하고  A-C의 폭을 진동폭, 또는 진폭이라고 합니다.하고 l을 진자의 길이라고 하며 문틀에 매달린 실의 고정점에서 부터 추의 중심 까지의 길이를 진자의 길이 라고 합니다.   

 추의 질량을 일정하게 하고 진자의 길이를 달리 하면서 주기를 측정하여 본 결과는 대략 다음과 같습니다.

 진자의 길이가 길면 주기가 길어지고, 진자의 길이가 잛아지면 주기가 짧아지는 것을 알 수 있습니다. 진자의 길이를 일정하게만 하면, 진폭과 진자의 질량을 바꾸어서 측정하여도 진자의 주기는 변하지 않고 있습니다.

 즉, 진자의 주기는 질량이나 진폭과는 관계가 없고 진자의 길이에 의해서만 달라집니다. 이를 진자의 등시성이라 하며 갈릴레이가 발견 했다고 합니다.  

 마찬가지로 그네의 길이는 변하지 않으므로 몸집이 큰 사람이나 몸집이 작은 사람의 그네의 왕복 시간은 똑 같게 됩니다.

 진자의 추가 흔들리면서 힘이 옆으로 전달 되면서,옆의 진자가 같이 흔들리며 왕복 운동을 하는 것을 '진자의 공명' 이라고 합니다.