자유 진동 실험 (감쇠운동) 리포트

목차

1. 실험 목적
2. 실험 배경 이론
3. 실험방법
4. 실험 결과
5. 고찰
6. 결론

본문내용

1. 실험 목적

이번 실험의 목적은 질량(m), 감쇠비(ζ) 와 강성계수(k)를 모르는 부족 감쇠 운동을 하는 시스템에 질량의 변화에 따른 감쇠진동수를 측정하여 초기질량, 강성계수, 감쇠계수를 알아보는 것이다.

2. 실험 배경 이론

1) 감쇠의 정의 및 종류

감쇠란 파동이나 입자가 물질을 통과할 때 일부가 흡수되거나 산란되면서 에너지 또는 입자의 수가 감소하는 현상이다. 감쇠의 원인에 따라 쿨롱감쇠 또는 마찰 감쇠, 점성 감쇠 또는 유체 감쇠, 구조 감쇠 등으로 나눌 수 있다. 여러가지 감쇠모델을 점성 감쇠로 가정하였을 때의 감쇠력과 등가 점성계수를 정리한 데이터는 Fig.1에 정리 되어있다.

1-2) 점성감쇠

점성 감쇠란 진동체가 진동하고 있을 때 유체의 점성에 의한 마찰 저항을 받아 진폭이 작아지는 경우가 있는데 이와 같은 유체의 점성에 의한 에너지 소비를 점성 감쇠라 한다. 감쇠력은 진동하는 물체의 속도에 비례한다. 점성 감쇠 운동에는 과도 감쇠 운동(ζ>1), 임계 감쇠 운동(ζ=1), 부족 감쇠 운동(0<ζ<1) 총 3가지 운동이 있다. 각각의 감쇠운동에 대한 응답은 Fig.3에 나타 내었다

1-3) 쿨롱감쇠

쿨롱감쇠는 2개의 건조한 표면이 서로 미끄러질 때 발생하는 마찰로 인해 발생하므로, 마찰 감쇠라고도 한다. 마찰력 F= uN이다. 여기서 u는 정지 마찰계수(us) 또는 운동 마찰계수(ud)로서 두 계수의 값이 같다고 가정하고, N은 미끄러지는 면에 연직방향으로 작용하는 법선력(수직력)으로 구조물의 자중(mg)과 같다고 하자. 초기 상태에서 운동을 시작하려면, ku>umg이어야 한다. 일단 운동을 시작하면, 마찰력은 속도와는 무관하고, 운동방향과는 반대방향으로 작용한다.

1-4) 이력감쇠

이력 감쇠란 외력에 의하여 재료가 변형되어 발생하는 에너지의 발산 및 흡수에 의한 감쇠이다. 물체가 변형되었다가 다시 원래 상태로 돌아가는 과정을 반복하면 고체 내 결정 격자가 제멋대로 진동하거나 유체내 분자가 마음대로 움직이면서 운동에너지를 흡수하게 된다.

참고 자료

없음