고유진동수 결과보고서

문서 내 토픽

• 1. 1자유도 진동계의 고유진동수 측정 실험

  실험 방법으로 1자유도 진동계 고유진동수 측정 실험 장치를 이용하여 실험을 진행하였다. 스프링 강성을 측정하기 위해 자유 상태에서의 스프링 특성을 알기 위해 자유 상태에서의 길이를 측정하고, 장치를 수직으로 세워 질량이 하중을 받게 되어 처짐이 발생하는 것을 측정하였다. 추가 질량을 2개, 4개 추가하여 처짐 정도를 측정하여 강성계수를 계산할 수 있었다. 오실로스코프를 활용하여 변위에 따른 진동 파형을 측정하고, 주기를 계산하여 고유진동수를 계산하였다.

• 2. 실험 결과 정리

  실험 결과를 정리하면, 자체 질량만 있을 때 질량은 0.323kg, 처짐은 0.178m로 측정되었다. 추가 질량 2개 추가 시 총 질량 0.615kg, 처짐 0.1915m, 추가 질량 4개 추가 시 총 질량 0.907kg, 처짐 0.2045m로 측정되었다. 진동 파형 분석을 통해 자체 질량일 때 고유진동수 22.43rad/s, 추가 질량 2개일 때 17.9rad/s, 추가 질량 4개일 때 14.6rad/s로 계산되었다. 이론치와 실험치를 비교하여 오차를 계산하였다.

• 3. 오차 발생 이유

  오차 발생 이유로는 측정 장치의 자체 질량이 다른 실험 장치에 의해 조금 더 늘어나 질량에 대한 오차가 발생했을 가능성, 처짐 측정 시 사람의 눈과 손으로 측정하다 보니 길이에 대한 오차가 발생했을 수 있다. 또한 오실로스코프 활용법이 익숙하지 않아 진동 파형 분석에 어려움이 있었고, 기계적 오류로 인해 여러 번 시도하다 보니 결과 값이 정확하게 나오기 힘들었던 것으로 보인다.

• 4. 질량 및 강성 변화가 고유진동수에 미치는 영향

  정적 평형조건과 운동방정식을 통해 고유진동수 공식 w_n = sqrt(k/m)을 유도할 수 있다. 이를 통해 강성이 커지면 고유진동수가 증가하고, 질량이 커지면 고유진동수가 감소한다는 것을 알 수 있다. 실생활에서 자동차의 서스펜션 예를 들면, 가벼운 자동차일수록 노면 진동을 더 크게 느끼는 것은 질량이 작아 고유진동수가 크기 때문이다.

• 5. 기타 토의

  오실로스코프와 실험 장치를 연결해주는 센서에 문제가 있었던 것으로 보이며, 파형이 제대로 나오지 않아 시간이 오래 걸렸지만 제대로 된 파형을 관찰할 수 있었다. 이론치와 실험치를 비교하면서 오차가 크지 않아 제대로 된 실험을 하기 위한 노력이 헛되지 않았다고 생각한다.

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• 1. 주제2: 실험 결과 정리

  실험 결과를 정리할 때는 실험 데이터를 체계적으로 정리하고 분석하는 것이 중요합니다. 실험 데이터를 표나 그래프로 나타내어 실험 결과를 직관적으로 이해할 수 있도록 해야 합니다. 또한 실험 결과에 대한 통계적 분석을 수행하여 실험 데이터의 신뢰성을 확인해야 합니다. 실험 결과를 정리할 때는 실험 목적, 실험 방법, 실험 조건 등을 함께 기술하여 실험 결과의 맥락을 이해할 수 있도록 해야 합니다. 이를 통해 실험 결과를 효과적으로 전달할 수 있을 것입니다.

• 2. 주제4: 질량 및 강성 변화가 고유진동수에 미치는 영향

  1자유도 진동계의 고유진동수는 질량과 강성에 의해 결정됩니다. 질량이 증가하면 고유진동수가 감소하고, 강성이 증가하면 고유진동수가 증가합니다. 이러한 관계는 진동계의 운동방정식에서 유도할 수 있습니다. 실험을 통해 질량 및 강성 변화가 고유진동수에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 질량을 변화시키면서 고유진동수의 변화를 측정하거나, 강성을 변화시키면서 고유진동수의 변화를 측정할 수 있습니다. 이를 통해 진동계의 동적 특성을 이해하고 설계에 활용할 수 있습니다.