진자의 등시성 확인 실험을 위한 사이클로이드 진자의 활용 방안 연구

Study on the cycloidal pendulumn as a method to test the isochronism of a pendulumn

본 연구에서는 단진자의 등시성에 대한 이상화 조건을 다루는 8학년 과학교과서와 교사용 지도서를 분석하였다. 진자의 주기는 진폭에 무관하다는 등시성은 진폭이 매우 작은 경우에만 성립한다. 이를 단진자의 등시성에 대한 "이상화 조건"이라 부른다. 대부분의 8학년 과학교과서와 교사용 지도서는 이러한 이상화 조건에 대해 바르게 명시하지 않아 종종 이론과 실험 사이의 불일치를 나타내고 있다. 이러한 이론과 실험 사이의 불일치는 학생들로 하여금 실제 세계로부터 괴리감을 느끼게 하여 물리로부터 멀어지게 하는 경향을 가져다준다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 진폭에 무관한 진자의 등시성을 실험할 수 있는 대안으로 사이클로이드 진자를 제시하고 교실 수업에서 실제 활용할 수 있는 방법에 대해 논의 하였다.

We investigated 8th grade science textbooks and their instructor's manuals treating the ideal condition for isochronism of a simple pendulum. The isochronism, i.e. the period is independent of amplitude, is satisfied only if the amplitude is very small. This is so called "ideal condition" for isochronism of a simple pendulum. Most textbooks and instructor's manuals are found not to state this ideal condition properly, which often leads to the deviation between experimental data and theoretical calculation. This difference between theoretical and experimental results makes students to create a sense of alienation from the real world and eventually keeps them away from physics. We thus study the cycloidal pendulum as an alternative method to test the isochronism regardless of amplitude and discuss the practical utility of it in class.