[일반물리학실험][일반물리학실험]줄의 정상파

소개글

실험 과정은 다음과 같다.
1. 정상파 패턴 관찰
2. 파동의 속도에 미치는 요인

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론 및 원리
1) 파동
2) 파동의 중첩원리와 간섭
3) 정상파
4) 공명과 공명진동수

3. 실험 기구 및 장치
1) 실험 재료

4. 실험 방법
1) 정상파 패턴 관찰
2) 파동의 속도에 미치는 요인

5. 실험 결과
1) 정상파 패턴 관찰
2) 파동의 속도에 미치는 요인

6. 토의 사항
1) 실험 고찰
2) 질문 사항

본문내용

1. 실험 목적
1.1. 줄의 진동수에 따른 파형과 파장을 관찰하고, 파장의 속력을 계산하여 줄의 장력과 진동수에 따른 속력 변화를 관측한다.
1.2. 본 실험은 진동하는 줄에서 일어나는 정상파의 파형을 관찰하고 정상파의 전파 속도와 줄의 장력, 줄의 밀도와의 관계를 찾아보는 것을 목적으로 둔다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 파동
파동은 한 지점에서 일어난 진동이 주변으로 전파되는 것을 말한다. 파장이란 파동이 가장 높은 변위인 마루와 마루사이의 거리 혹은 가장 낮은 변위인 골과 골 사이의 거리를 말하며, 파장의 SI단위는 m이다. 단위길이에 들어가는 파장의 개수를 파수라고 하고, 파동의 같은 위상이 반복되는 시간 간격을 주기하고 한다. 단위시간 동안 같은 위상이 반복되는 횟수를 진동수라 하며, 진동수(f)=1/주기(T)으로 나타낸다.
파동은 역학적 파동과 전자기파로 나눌 수 있다. 역학적 파동은 일상생활에서 흔히 접하는 파동으로서 수면파, 음파, 지진파 등이 속한다. 이 파동은 두 가지 중요한 특징을 갖고 있다. 역학적 파동은 뉴턴의 운동법칙으로 결정되며, 물, 공기, 바위 같은 물질로 이루어진 매질 안에서만 존재한다.
전지기파는 일상생활에서 수없이 사용하고 있다. 가시광선, 자외선, 라디오파, TV파, 마이크로파, 엑스선, 레이더파 등이 전자기파에 해당된다. 이 파동은 매질이 필요 없다는 특징을 가졌다. 본 실험에서는 역학적 매질인 줄을 따라 전파되는 역학적 파동인 사인파를 다룬다. 사인파는 다음의 식과 같다.
y(x,y) = sin(kx-wt) (1)
사인파는 위치 x와 시간 t에 대한 함수로 위 식에서 은 진폭이며 길이의 차원을 가지고, (kx-wt)는 무차원의 양으로 사인파의 위상이며 k는 파수, w는 각진동수이다. 사인파가 y(x,y) = sin(x-t)일 때, t가 증가하면 사인파는 오른쪽으로 진행한다. y(x,y) = sin(x+t)의 사인파에서 t가 증가하면 왼쪽으로 진행한다.

참고 자료

일반물리학 I 11판, David Halliday 외 2명, 텍스트북스, 2021, p.401-418, 422-426