스프링의 단순한 고조파 운동 (shm) 이해
* 잠재적 에너지 : 질량이 극단적 인 위치에있을 때 (평형/평균 위치에서 가장 먼), 모든 에너지는 잠재적 에너지로 저장됩니다. 스프링은 최대 범위까지 늘어나거나 압축되며,이 저장된 에너지는 방출되기를 기다리고 있습니다.
* 운동 에너지 : 질량이 평균 위치를 향해 이동하기 시작함에 따라, 스프링에 저장된 잠재적 에너지는 운동 에너지로 변환됩니다. 질량은 평균 위치에 접근함에 따라 속도를 얻습니다.
* 에너지 보존 : 시스템의 총 기계 에너지 (전위 + 운동)는 일정하게 유지됩니다. 이는 질량이 평균 위치를 향해 이동함에 따라 잠재적 에너지가 감소하고 운동 에너지가 증가 함을 의미합니다.
평균 위치에서 속도가 최대 인 이유
* 제로 잠재적 에너지 : 평균 위치에서는 스프링이 늘어나거나 압축되지 않습니다. 이것은 봄에 저장된 잠재적 에너지가 없음을 의미합니다.
* 최대 운동 에너지 : 모든 잠재적 에너지가 운동 에너지로 변환되었으므로 질량은 평균 위치에서 최대 속도를 갖습니다.
극한 위치에서 속도가 0 인 이유
* 최대 전위 에너지 : 극단적 인 위치에서 모든 에너지는 잠재적 에너지의 형태입니다. 스프링은 완전히 뻗어 있거나 압축되어 있으며 질량은 순간적으로 고정되어 있습니다.
* 제로 운동 에너지 : 운동 에너지가 없기 때문에 질량은 극한 위치에서 속도가 없습니다.
시각화
흔들리는 진자를 상상해보십시오. 스윙의 가장 높은 지점 (극단 위치)에서는 순간적으로 멈 춥니 다. 이것은 스프링에 부착 된 질량과 유사합니다. 평균 위치에서 진자는 최대 속도를 갖습니다. 이것은 평균 위치에서 최대 속도를 갖는 스프링과 부착 된 질량과 유사합니다.
키 포인트 : 스프링에 부착 된 질량의 속도는 평균과 극한 위치 사이에서 진동함에 따라 지속적으로 변합니다. 질량이 속도가 0에서 최대 속도로 갑자기 점프하지 않는다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 평균 위치를 향해 움직일 때 가속화되고 극한 위치를 향해 움직일 때 감속하는 점진적인 변화입니다.
