[물리학실험] 공기중의 음속측정

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목차

1.실험제목
2.실험목적
3.실험원리
4.실험도구
5.실험과정
6.실험결과

본문내용

4.실험 목적
이미 진동수를 알고 있는 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜서 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기 중에서의 음속을 측정한다.

5.실험 원리
-음속이란 음파가 소밀파로서, 매질 속을 진행하는 속도로서 V=√k/α(k는 매질의 부피탄성률, α은 정지상태의 밀도)이다. t℃의 공기 속에서는 V=331.5＋0.61t(m/s)이다.
즉 0℃일 때의 음속은 1초에 약 331m이고, 온도가 1℃ 높아지면 0.6m씩 빨라진다. 0℃의 물 속에서는 1500m/s, 실내온도의 철․유리 속에는 약 5000m/s이다.
소리는 진동하는 물체로부터 주위에 있는 물체로 보내어진 밀도변화가 있는 파동이며, 이 파동이 통과함에 따라 물체 내의 각 부분에 압축과 팽창의 상태가 전달된다. 이때 소리의 에너지는 물질 내를 전달해가는 동안에 차차 약해지지만, 1초 동안 되풀이되는 압축․팽창의 수는 변하지 않고 음원인 진동체의 진동수와 일치한다.
이 수를 흔히 소리의 진동수(단위는 Hz)라 하고, 압축부와 압축부 사이의 거리를 그 음파의 파장이라 하며 소리의 전파속도(음속)와 다음과 같은 관계가 성립된다. 음속＝파장×주파수, 파장＝음속/주파수 예를 들어 피아노의 중앙 건반을 두드렸을 때 나는 C음은 주파수가 261Hz이므로, 공기 속의 음속을 340m라고 하면 파장은 약 1.3m이다.
따라서 수십cm～수십m라는 비교적 긴 파장을 가진 파동이라고 할 수 있다. 소리의 물리적 세기는 음파의 통과에 의해서 물체 내의 어떤 점이 받는 압력의 변동값 또는 물체의 단위면적을 1초마다 통과하는 에너지의 일률(파워)로 측정한다. 단위는 μb(마이크로바) 및 W/cm2으로 나타낸다. 일반적으로 음원에서 방출되는 가청음의 에너지는 넓은 범위에 걸치는데, 예를 들면 작은 속삭임은 10-8W, 큰 소리가 10-3W 정도이지만, 오케스트라가 연주하는 포르테-포르티시모(최강음 부호 fff)의 소리는 10W, 제트기로부터는 105W나 되는 에너지가 주위로 방출된다.
이 때문에 소리의 세기를 비교적 작은 수치로 나타내기 위해서 보통은 음압과 소리의 파워를 다음과 같이 정한 데시벨(dB) 척도로 나타낸다. 즉, 사람이 들을 수 있는 최저음의 음압 P0 및 파워 I0를 0.0002 μb 및 10-16 W/cm2로 정하고, 어떤 소리의 음압을 p, 파워를 I라고 할 때 10 logp/p0 및 10 log I/I0로 계산되는 수치를 취한다. 이 방법에 의하면 사람의 최소 가청음의 음압 및 파워는 0dB이 되며, 10dB은 그 10배, 20 dB은 그 100배를 나타내는 것이 된다.

참고 자료

일반물리학실험<북스힐>
두산세계대백과사전
세계대백과사전<계몽사>