1. 회복력 :
- 덩어리가 평형 위치 (스프링이 완화되는 곳)에서 변위되면 스프링은 그것을 평형으로 되 돌리는 힘을 가해집니다.
-이 힘은 변위에 비례하며 변위의 반대 방향으로 항상 작용합니다. 수학적 으로이 힘은 Hooke의 법칙으로 표시됩니다 :F =-kx, 여기서 :
-F는 복원력입니다
-K는 스프링 상수입니다 (스프링 강성의 척도)
-x는 평형에서의 변위입니다
2. 진동 운동 :
- 회복력으로 인해 질량은 단순히 평형으로 돌아 오지 않습니다. 그것은 그것을 과도하게 묻습니다.
- 질량은 평형 위치를 가로 질러 앞뒤로 계속 움직여 반복되는 진동 패턴을 만듭니다.
3. SHM의 주요 특성 :
- 기간 (t) : 하나의 완전한 진동주기에 걸리는 시간.
- 주파수 (f) : 단위 시간당 진동 수 (보통 초).
- 진폭 (a) : 평형 위치에서 최대 변위.
- 단계 : 진동주기 내에서 질량의 위치 측정.
4. 에너지 절약 :
- 질량 스프링 시스템의 총 기계 에너지는 일정하게 유지됩니다. 이 에너지는 잠재적 에너지 (봄에 저장)와 운동 에너지 (이동 질량의) 사이에서 지속적으로 전달됩니다.
수학적 설명 :
스프링에서 질량의 움직임은 정현파 기능 (사인 또는 코사인)으로 설명 할 수 있습니다. 시간의 함수로서 변위에 대한 방정식은 다음과 같습니다.
x (t) =a cos (ωt + φ)
어디:
- ω =각 주파수 =2πf =2π/t
- φ =위상 상수 (t =0에서 시작 위치를 결정합니다)
Shm에 영향을 미치는 요인 :
- 스프링 상수 (k) : 더 단단한 스프링 (높은 k)은 더 빠른 진동 (더 높은 주파수)을 초래합니다.
- 질량 (m) : 더 무거운 질량 (높은 m)은 진동이 느려집니다 (주파수가 낮음).
실제 예 :
- 튜닝 포크
- 진자 (작은 각도)
- 진동 기타 문자열
- 부드러운 산들 바람에 건물의 흔들림
요약하면, 스프링에 질량을 가진 입자의 움직임은 회복력에 의해 지배되고 그주기, 주파수, 진폭 및 위상으로 특징 지어지는 리듬 앞뒤 움직임입니다. 그것은 다양한 물리 및 공학 분야에서 광범위한 응용 프로그램을 갖춘 단순한 고조파 운동의 기본 예입니다.
