외팔보의 고유진동수 측정

목차

1. 실험 목적
2. 이론
3. 실험 장치
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 오차원인 및 분석

본문내용

진동은 어떤 물체가 기준 좌표계나 평형위치에 대해서 물체가 반복적으로 운동하는 현상이다. 진동에는 단진동, 전기진동, 감쇠진동, 강제진동, 자유진동, 연성진동, 비선형진동이 있다.

▣ 진동수(Frequency)
피아노를 연주할 때 박자를 맞추기 위해 사용하는 메트로놈을 생각해 보자. 빠르기에 따라서 추를 일정 위치에 놓고 태엽을 감아 놓으면 일정한 속도로 양쪽으로 왔다 갔다 움직이며 박자를 맞출 수 있게 해 준다. 빠른 박자에서는 빠르게 왕복을 하며 느린 박자에서는 천천히 움직여서 원하는 속도를 유지한다. 보통 추의 분당 왕복 회수로 빠르기를 정하여 맞추어 놓는데 이때 만약 분을 단위 시간으로 잡는다면 이 분당 왕복 회수를 메트로놈의 진동수(왕복 회수/분)라고 얘기할 수 있다.
교류 전원을 쓰는 가전기기를 자세히 들여다보면 220V 60Hz라고 표기되어 있는 것을 볼 수 있다. 이는 이 기기가 사용하는 전압이 220V이며 전압이 1초 동안 0V 기준으로 하여 오르락내리락 하는 반복을 60번 한다는 의미이다. 그러므로 이때의 교류 전압의 진동수는 60번/초이다.

▣ 고유 진동수 (eigen frequency)
고유진동수(eigen frequency)란 단어의 어음에서 하나의 진동수라고 착각하기 쉽지만, 자기 자신의 질량과 탄성계수 등의 변수에 의해서만 좌우되는 그 물체가 갖는 고유한 특성으로 이해함이 맞다. 1자유도 시스템(질량이 1개이며 변형하는 방향이 1개)의 경우 고유진동수는 으로 나타낼 수 있는데 이는 자유도가 1개임을 의미한다. 만일 질량이 2개이고 변형하는 방향이 하나이면 2자유도가 되고 자유도는 2개가 된다. 본 실험에 해당하는 외팔보의 경우, 보 자체가 질량이기도 하고 강성을 갖는 스프링이기도 하므로 힘만 적절히 가한다면 자체가 자유로이 다양한 형태로 변형이 가능하다. 외팔보와 같은 연속체는 무한개의 자유도를 가지게 되고 따라서 고유진동수는 무한개가 되는 것이다.

참고자료

· 없음