An’s Physics Lecture시뮬레이터

MECHANICS · 012

등속 원운동

회전판의 두 점에서 속도·가속도와 성분 진동을 연결하세요.

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t0.00 s
s
조건별 관측 기록 0/8
각 행에 설정과 관측 시각을 함께 보존합니다. 최대 8개.

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예측 → 조건 설정 → 관찰 → 기록 → 한 조건만 바꿔 비교하세요. 예제 불러오기는 현재 기록을 비우고 재현 가능한 정지 상태를 만듭니다.

01 · 같은 주기, 다른 속력

회전판 위의 두 점은 같은 시간에 같은 각도를 돌지만 이동한 호의 길이는 반지름에 비례합니다.

v=r|\omega|,\qquad T=\frac{2\pi}{|\omega|}
해 보기

A를 2 m, B를 1 m, 각속도를 60°/s로 설정하고 1초씩 진행하세요. 두 점을 드래그해 반지름만 바꿔도 됩니다.

예상 결과. 주기는 둘 다 6 s, 속력은 A=2.094 m/s, B=1.047 m/s입니다.

비교 질문. 바깥 점이 더 빠른데도 안쪽 점을 추월하지 않는 이유는 무엇인가요?

모델의 한계. 두 점은 같은 회전판에 고정되어 있으며 반지름 방향 미끄러짐은 없습니다.

02 · 속력이 일정한데 왜 가속되는가

속도는 방향도 포함합니다. 원운동에서는 접선 방향의 속도가 계속 바뀌므로 중심을 향한 가속도가 필요합니다.

\vec a=-\omega^2\vec r,\qquad a=\frac{v^2}{r}
해 보기

속도·가속도 표시를 켠 뒤 원의 오른쪽·위쪽·왼쪽에서 정지해 방향을 비교하세요.

예상 결과. r=2 m, 90°/s이면 속력은 3.142 m/s, 가속도 크기는 4.935 m/s²입니다.

비교 질문. 매 순간 속도와 가속도가 수직인 사실은 속력 변화와 어떤 관계가 있나요?

모델의 한계. 벡터 길이는 다른 단위끼리 직접 비교할 수 없습니다. 방향과 같은 종류 벡터의 비율을 읽으세요.

03 · 짧은 시간의 속도 변화

서로 다른 시각의 속도 벡터를 같은 시작점으로 옮기면 그 차이가 안쪽을 향하는 것을 확인할 수 있습니다.

\vec a_\mathrm{avg}=\frac{\vec v(t+\Delta t)-\vec v(t)}{\Delta t}
해 보기

속도 변화 보기에서 Δt=0.50 s를 관찰한 뒤 고급 설정에서 0.05 s로 줄이세요.

예상 결과. 평균 가속도는 구간의 중간 방향을 향합니다. Δt가 작아질수록 처음 시각의 순간 가속도에 가까워집니다.

비교 질문. 유한한 Δt에서 차이 벡터가 처음 위치의 중심 방향과 조금 다른 이유는 무엇인가요?

모델의 한계. 차이 벡터는 힘이 아니라 속도 변화량입니다. 단위는 m/s입니다.

04 · 무엇을 일정하게 두었는가

반지름의 영향을 말하려면 각속도를 고정했는지 속력을 고정했는지 먼저 정해야 합니다.

a=r\omega^2=\frac{v^2}{r}
해 보기

r=1 m, 60°/s를 기록하세요. r=2 m로 바꾸어 기록한 뒤, 같은 속력을 위해 각속도를 30°/s로 낮추어 다시 기록하세요.

예상 결과. 고정 각속도에서는 가속도가 두 배, 고정 속력에서는 가속도가 절반입니다.

비교 질문. 두 식이 서로 모순되는 것처럼 보이는 이유를 통제 변인으로 설명해 보세요.

모델의 한계. 설정 변경 뒤에는 시간이 0으로 돌아가므로 서로 다른 조건의 순간을 섞지 않습니다.

05 · 원운동을 한 축으로 보면

원운동의 한 성분은 단순 조화 운동입니다. 위치와 가속도는 반대 부호이며 속도는 4분의 1주기 어긋납니다.

x=r\cos\omega t,\quad v_x=-r\omega\sin\omega t,\quad a_x=-\omega^2x
해 보기

성분 진동 보기에서 위치·속도·가속도 그래프를 차례로 선택하세요. 0, 1, 2초 위치를 비교하세요.

예상 결과. r=2 m, 90°/s에서는 주기가 4 s이고 x는 2→0→−2 m입니다.

비교 질문. 끝점에서 속도가 0인데 가속도 크기는 최대인 이유는 무엇인가요?

모델의 한계. 투영점의 속력은 일정하지 않습니다. 원 위 점의 일정한 속력과 구별하세요.

06 · 반대로 회전시키기

회전 방향을 바꾸면 속도 방향이 반대가 되지만 같은 위치에서 구심 가속도 방향은 그대로입니다.

\vec v=\omega(-y,x),\qquad\vec a=-\omega^2(x,y)
해 보기

t=0에서 +60°/s를 기록하고 −60°/s로 바꿔 기록하세요. 성분 그래프의 위상도 비교하세요.

예상 결과. 속력·가속도 크기·주기는 같고 속도 성분의 부호만 반대가 됩니다.

비교 질문. 각속도는 부호가 있는데 주기는 왜 양수로 표시할까요?

모델의 한계. 진행 중 방향을 즉시 바꾸는 실제 힘 과정은 생략한 별도 초기 조건 비교입니다.

07 · 구심력은 새로운 종류의 힘인가

구심력은 중심 방향 알짜힘의 역할을 부르는 이름입니다. 같은 운동을 유지하려면 질량에 비례하는 힘이 필요합니다.

F_\mathrm{radial}=m\frac{v^2}{r}
해 보기

r=2 m, 90°/s에서 질량 1 kg과 2 kg을 비교하고 구심력 값을 기록하세요.

예상 결과. 운동은 같고 필요한 구심력만 4.935 N에서 9.870 N으로 두 배가 됩니다.

비교 질문. 회전판의 마찰력에 한계가 있다면 어떤 설정에서 먼저 미끄러질까요?

모델의 한계. 현재 모델은 필요한 힘을 계산하며 마찰 한계나 미끄러짐 자체를 시뮬레이션하지 않습니다.

08 · 회전축과 정지의 극한

반지름이 0인 점은 회전축에 머뭅니다. 각속도 0은 원운동이 아니라 정지 상태입니다.

r=0\Rightarrow v=a=0;\qquad\omega=0\Rightarrow T\to\infty
해 보기

A 반지름을 0으로 바꾸어 B와 비교한 뒤 각속도도 0으로 바꾸세요.

예상 결과. 회전축의 속력과 가속도는 0입니다. 각속도가 0이면 주기는 무한대로 표시됩니다.

비교 질문. 움직이지 않는 점의 회전 방향이나 주기를 측정할 수 있을까요?

모델의 한계. v²/r을 r=0에 직접 대입하지 않고 rω² 형태로 극한을 계산합니다.

모델 · 조작법

물리 모델과 단위

두 점은 같은 각속도로 도는 이상적인 회전판 위의 점입니다. 반지름과 상대각은 드래그 또는 숫자로 설정하며, 0 m는 회전축입니다. 질량은 A에 필요한 구심력에만 영향을 줍니다. 일정한 각속도 구간만 계산하고 설정 변경 과정의 접선 가속도는 계산하지 않습니다. 성분 진동은 원운동의 투영이며 실제 유한각 진자의 운동이 아닙니다. 각속도 입력은 도/초, 계측은 rad/s도 함께 제공합니다. 속도와 가속도 화살표는 단위가 다르므로 서로 다른 표시 배율을 사용합니다.

조건·시간·기록

설정을 바꾸면 현재 시간은 0으로 돌아가고 정지합니다. 기존 기록은 당시 설정과 함께 유지됩니다. 처음으로는 설정·기록을 유지하며 시간만 0으로, 전체 초기화는 설정·보기·기록까지 기본값으로 돌립니다. 공부하기의 예제는 기록도 비워 이전 실험에 영향을 받지 않습니다. 기록은 이 브라우저 탭 안에서 최대 8개이며 새로고침하면 사라집니다. CSV로 보관할 수 있습니다.

시각 직접 입력·탐색 막대·그래프 클릭은 같은 모델 상태로 이동하며 정지합니다. 그래프는 현재 조건의 계산 경로 전체를 보여 주고 세로선은 현재 시각입니다. 숨겨진 탭에서는 시계를 멈추며 돌아와도 시간을 건너뛰지 않습니다. 재생 배율의 1×는 1 s/실제 초입니다.

조작과 접근성

Space 재생/정지, → 정지 중 한 단계, R 처음으로, F 집중 모드, Esc 대화상자·집중 모드 종료. 입력칸에서는 브라우저 기본 키 동작을 유지합니다. 한 손가락으로 실제 손잡이를 잡을 때만 드래그하고, 빈 곳 스크롤과 두 손가락 확대는 허용합니다.