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물리진자 (physical pendulum, 物理振子)

작성일 2017-11-13
강체를 수평 고정축으로 관통시켜 지지한 진자. 실체진자·복합진자·강체진자라고도 한다. 고정축을 O, 강체의 무게중심을 G, 고정축과 강체의 무게중심의 거리를 h, 강체의 질량을 M이라 하고 고정축 둘레의 관성모멘트는 I, 중력가속도는g, OG가 연직선과 이루는 각이 θ일 때 운동방정식은 noname01이 된다. 이 운동방정식의 답은 타원 적분으로 표시된다. 특히 진폭이 작아 sinθ≒θ일때 주기는 T=2πㅆ가 되어 길이가 l=I/Mh인 단진자의 주기와 같아진다[그림 1]. 가역진자는 물리진자의 성질을 이용한 것이다. 즉, 무게중심을 관통하는 물리진자의 회전축에 평행한 축 둘레의 관성 모멘트를 I0=Mkg이라 하면 (k0는 회전반지름), 회전축 돌레의 관성모멘트 I=I0+Mh²=M(k02 + h2)이고, l은 l=h+(k02 / h)=gT2 + 4π²이 된다. 무게중심과 회전축의 거리 h는 2차방정식 h² -Ih+ k02 = 0을 만족시킨다. 따라서 같은주기 T를 가진 h에는 2차방정식의 두 근 h1과 h2가 있다[그림 2]. 이차방정식에서 근과 계수와의 관계 h1+ h2=l과 앞에서 기술한 l, T사이의 관계를 이용하면 중력가속도 g를 측정하는 장치의 원리가 된다. 카터(Kater)의 가역진자는 바로 이 원리를 이용한 것이다. 진자
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