[일반물리실험1] A+ 정상파 결과보고서

소개

전남대학교 공과대학, 2021 일반물리실험1, A+

목차

1)실험목적
2)실험이론
3)실험준비물
4)사전 준비(토의)
5)실험 과정
6)실험결과
7)토론

본문내용

●실험 목적
일정한 길이(크기)를 갖는 물체에서 정상파를 만들어보고 그 특징을 조사한다.
●실험 이론
-줄에 생긴 파동: 장력 F가 작용하고 선밀도가 μ인 줄에서 파동의 속력 v는 다음과 같다.
v=√(F/μ), 줄에서 파동의 속력은 줄의 장력이 클수록, 선밀도가 작을수록 커진다. 장력과 선밀도가 일정하면 줄에서 파동의 속력은 일정하고 다른 변수의 영향은 받지 않는다.
-공명: 외력에 의해 진동이 강제된 계에서 저감쇠 진동을 할 때 일어나는, 작은 강제력으로도 진동의 진폭이 커지는 현상이다.
-정지파(정상파): 매질의 양 끝이 고정되어, 양 끝의 변위가 0이기 때문에 생기는 특정한 파동을 정지파라고 한다. 정지파는 매질에 속박돼 정지해 있고, 매질의 모든 위치에서 단순 조화 운동을 발생시킨다. 정지파는 매질의 양 끝단에서 반사된 파동의 중첩으로 수학적 기술이 된다. 길이가 L인 매질의 한 끝의 위치를 0이라할 때, 위치 x에서 시간 t에 따른 매질의 위상은 다음과 같다.
y(x,t)=2A sin⁡kx sin⁡wt (진폭 A, 파수 k, 각진동수 w)
매질 양 끝 단에서 위상은 항상 0이니 위 식에서 sin⁡kL=0, kL=mπ (m은 자연수)를 얻을 수 있다. 파수는 k=2π/λ (λ 파장)이므로 위 식과 종합해 L=mλ/2를 얻을 수 있다. 이는 앞의 조건의 매질에서는 허용된 띄엄띄엄한 파장의 정지파만 생긴다는 걸 의미한다. 그 허용된 파동을 조화 방식 또는 조화음이라 하고 m을 조화 차수라고 한다. 파장이 가장 긴 m=1인 조화음을 기본음, 조화 차수가 그 이상을 때는 배음이라고 한다. 정지파에서 매질의 위상이 변하지 않는 점을 마디, 매질 진폭이 최대인 점을 배라고 한다.
cf)매질의 한 끝이 자유단일 경우, sin⁡kL=1로 L=nλ/4 (n은 홀수)에서 정지파가 형성된다.
-정지파와 공명: 줄에서 생긴 파동은 줄의 장력이 일정할 때, 속력이 일정하다.

참고자료

· Richard Wolfson, 심경무 외 옮김, 『핵심물리학 4판』, 청문각, 2020, 308p., 317-319p.
· 박승호 외 4인, 『고등학교 물리학 실험』, 대전광역시교육청, 2018, 223p.
· Wikipedia, 검색어: 거문고, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B1%B0%EB%AC%B8%EA%B3%A0, 문서 최종 편집 시기: 2021년 5월 26일 (수) 22:54