[A+] 기주공명관을 이용한 음파의 측정 및 정상파 (Resonance Air Column, 사전보고서 및 결과보고서 모두 포함)

소개글

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☆물리 및 물리실험 포함 모든 수강 과목 학점 A+ (1등)

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☆정확하고 심화된 정상파에 대한 해석과 기주공명관에 대한 분석과 가장자리 효과의 적용으로 물리실험 A+를 받아봅시다!

목차

1. 실험목표

2. 이론적 배경
가. 음파
나. 정상파의 공명

3. 실험과정
가. 실험기구의 setup
나. 실험1: 일정한 길이의 관에서 공명진동수
다. 실험2: 관의 길이와 공명
라. 실험3: 관 내의 정상파
마. 의문점

4. 실험 결과
가. 사용된 기호 정의
나. 측정값의 측정 단위
다. 측정데이터

5. 결과 분석 및 결론
가. 실험 1의 인접한 공명진동수에서 구한 기본진동수
나. 실험2의 공명이 일어난 위치를 이용해 구한 소리의 속력
다. 실험 3의 소리의 세기가 최대와 최소가 되는 지점을 통해 분석한 압력의 위상
라. 의문사항 해결

6. 논의 및 출처

본문내용

실험 목표
기주공명의 원리를 이해하고, 기주공명장치를 이용해 공명이 일어나는 진동수를 찾아본다.
기주공명장치를 이용해 음속을 측정하여 본다.
기주공명장치를 이용해 위치별 소리의 압력이 다른 것을 이해하고, 폐관과 개관에서 정상파를 확인한다.

이론적 배경
음파
음파는 대표적인 종파로, 매질의 진동방향과 파동의 진행방향이 나란하다. 음파의 속력은 섭씨온도 t(℃)에서 =331.5+0.607t(m/s)로 표현이 된다. 음파는 3차원으로 ‘밀’과 ‘소’가 연속적으로 퍼져 나가지만, 기주공명장치는 음파가 관 방향을 따라 움직일 수 있도록 했다. 또한, 음파는 파동이므로, 파동의 속력의 공식인 가 성립한다. ()

정상파와 공명
진행방향만이 다른 동일한 물리적 성질의 파동이 만나 FEO, 마치 정지되어 있는 듯한 파동을 만드는데, 이를 정상파라고 한다. 이 때, 정상파의 진폭이 최대인 곳이 배, 최소인 곳이 마디이다. 정상파의 최대 진폭은 기존의 파동의 2배가 되며, 주기는 그대로이다. 반면, 파장은 그대로이지만, 마디~마디 사이의 간격은 파장의 절반이 된다.

<중 략>

6. 논의 및 출처
우리는 기주공명관을 활용하여 기주공명장치에서 공명이 일어나는 진동수를 찾아 각 진동수에 해당하는 진동모드를 구해보았고, 기주공명관의 길이를 조정해 공명이 일어나는 지점 사이의 거리를 이용해 소리의 속력을 구했고, 공명진동수에서 소리의 세기가 최대와 최소인 지점을 찾아 정상파를 분석해보았다. 실험 전반적으로 꽤나 정밀한 실험이 수행되었다. 기본진동수와 소리의 속력, 그리고 정상파의 마디(배) 사이 거리는 모두 크지 않은 오차를 보여주었다. 그럼에도, 오차가 발생하였는데, 이는 아래와 같은 요인에 의한 것으로 해석된다.
-실험장비 장치의 문제: 기주공명관과 스피커가 떨어지게 배치, 피스톤의 위치가 조금씩 달라지는 문제
-측정에 의한 문제: 높은 진동수에서 측정의 어려움, 자를 이용한 거리 측정 오차, 최대와 최소 파악의 어려움
-기주공명관 내부의 문제: 기주공명관 내부의 온도 불균형, 바람등 공기의 이동, 주위 소리로 인한 정상파 왜곡

참고 자료

https://en.wikipedia.org/wiki/End_correction
Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2018). Physics for scientists and engineers. Cengage learning.