단순조화운동과 강제진동 실험 예비보고서

소개글

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목차

1. 실험목적
2. 이론
3. 실험방법

본문내용

●실험 목적
스프링에 매달린 물체의 운동이 단순조화 운동임을 컴퓨터 인터페이스를 통해 확인한다. 그리고 운동주기를 측정하여 이론값과 일치하는가를 확인한다. 또, 외부에서 힘이 가해지는 강제진동의 경우, 스프링계의 고유진동수 근처에서 운동양상을 관찰하고 물리계의 고유진동수를 이해한다.

●이론
1) 조화진동자
조화진동자(harmonic oscillator)는 고전역학에서 다루는 기본적인 계 중의 하나로, 평형점에서 물체가 이동했을 때, 훅의 법칙에 의한 복원력을 받는 계이다. 여기서 k는 양의 상수이다.

F=-kx

만약, F가 계에 작용하는 유일한 힘이라면 이 진동자를 단순조화진동자(simple harmonic oscillator)라 한다. 이 계의 운동은, 진폭과 진동수가 일정한 사인 모양 진동을 보여준다.
속도에 비례하는 마찰력이 존재하는 경우에는 이 진동자를 감쇠진동자(damped oscillator)라 한다. 이 경우에는, 마찰이 없는 경우에 비해 진동수가 작아지고 진폭 또한 시간에 따라 점점 줄어드는 운동을 보인다.
마지막으로, 마찰력이 아닌 다른 외력이 이 계에 작용하는 경우에는 이 진동자를 강제진동자(forced oscillator)라 한다. 이러한 진동자의 역학적 예로는 질량이 있는 물체가 연결된 용수철, 작게 진동하는 진자 그리고 기타의 현과 같은 음향계들이 있다. 또한, 이와 유사한 행동을 보여주는 RLC 회로와 같은 전기적인 조화진동자도 있다. 실제로 자연이나 인공적으로 만들어진 진동에는 이상적이고 완전한 조화진동자는 없지만, 조화진동자를 분석하면 수학과 물리학, 그리고 여러 응용과학에서 자연의 여러 계에 대해 깊은 이해를 하는데 도움을 준다.

2) 실험이론
1) 단순조화운동 (Simple Harmonic Motion)
먼저 중력하에서 용수철에 매달린 물체의 상하운동을 살펴본다. 중력가속도를 g, 용수철상수를 k, 물체의 질량을 M, 평형점으로부터 늘어난 길이를 x 라고 하면......<중 략>

참고 자료

없음