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.

참고 자료

없음