진자

진자(pendulum)

매 진동의 시간간격, 즉 주기가 일정하기 때문에 진자는 시계의 움직임을 조절하기 위해 사용된다. 갈릴레오는 1583년 피사의 대성당에 있는 램프가 흔들릴 때의 운동과 자신의 맥박수를 비교하여 진자의 등시성을 최초로 발견했다.

네덜란드의 수학자이자 과학자인 크리스티안 호이헨스는 1656년 진자의 운동에 의해 조절되는 시계를 발명했다. 시계 발명에 대한 기득권은 갈릴레오에게 주어지기도 하고 호이헨스에게 주어지기도 한다. 그러나 매달린 물체, 즉 시계추가 원의 일부가 아닌 사이클로이드(cycloid)를 따라서 운동하게 하는 회전축을 고안함으로써 진자의 주기를 진정으로 일정하게 하는 중요한 문제를 해결한 사람은 호이헨스이다.

단진자는 질량이 거의 없다고 여길 수 있는 실의 한쪽 끝에 추를 매단 것이다. 이와 같은 장치의 주기는 매달린 곳에서 추의 중심에 이르는 길이를 늘여서 증가시킬 수 있다. 그런데 추의 질량이 변하더라도 진자의 길이가 변하지 않는다면 주기는 변하지 않는다. 반면에 진자의 주기는 지구상의 위치에 따라서 변한다. 지구의 중력장의 세기가 모든 곳에서 동일하지 않기 때문에 진자는 고지대나 적도지방에서보다는 저지대나 극지방에서 더 빨리 진동하여 주기가 짧아진다.

진자에는 여러 종류가 있다. 복합진자는 흔들리는 막대기처럼 질량이 넓게 분포되어 있는데 수평축 주위를 자유롭게 진동할 수 있다. 케이터 진자(Kater's pendulum)라고 불리는 특수한 가역복합진자는 중력 가속도 g값을 측정하기 위해 설계되었다. 진자의 또다른 형태는 슐러 진자(Schuler pendulum)이다. 슐러 진자를 수직으로 매달면 진자를 매단 점이 지구 표면에 수평한 방향으로 가속이 되더라도 그 지점에서의 연직선과 일치하는 방향을 계속 유지한다. 슐러 진자의 이러한 원리는 관성유도장치에서 급가속하에서도 올바른 관성수직 기준점을 유지하는 데 응용된다.

구면진자는 진자가 지지점을 통과하는 무한한 수의 수직 평면 내에서 진동할 수 있게 하는 회전축에 매달려 있는 진자이다. 따라서 진자의 진동면이 자유롭게 회전한다. 구면진자의 간단한 형태인 푸코 진자는 지구가 자신의 축 주위로 회전하는 것을 증명하는 데 사용된다.→ 탄동진자