[물리실험]싱잉튜브-공명- singing tube 실험레포트

소개

싱잉튜브-공명- singing tube 실험레포트

-변인에 따른 소리의 주파수 변화와
정상파와 관련된 Singing Tube 분석

목차

탐구개요
이론적 배경
실험 방법
결과 및 토론

본문내용

1. 탐구의 개요
① 탐구동기 및 목적
→ 철 솜을 끼워 넣은 관(앞뒤가 열린 관)에 열을 가하면 소리가 난다. 정상파와 관련하여 관에서 소리가 나는 이유를 분석해 보자.
② 탐구과제
→ 관에 철 솜을 끼워 넣고 토치로 불을 붙여 철 솜을 달 군후 관에서 나는 소리를 측정한다.
③ 탐구기간 및 세부탐구내용
→ 2006. 5. 11 ~ 2006. 5. 17
1) 관에 솜을 넣어 소리가 나는지 측정한다.(cool adit pro 사용.)
2) 관의 윗부분을 막은 후 소리를 측정한다.
3) 관을 기울여 보며 측정한다.
4) 관의 길이(50cm, 75cm)에 따fms Hz의 차이를 측정한다.
..
공식에서 보면 길이가제곱으로 반비례하기 때문에 진동수와 길이는 2제곱으로 반비례하는 것이다. 따라서 길이가 길어지면 진동수는 낮아진다. 파장으로 의미를 해석한다면 음의 높낮이는 음파의 파장(진동수와 관련)에 의해서 결정됩니다. 파장이 짧을수록 높은소리.. 파장이 길수록 낮은소리가 되는 것이다. 여기에서 파장이라는 것은 반복되는 파동 모양의 길이를 의미한다. 관에서 생성되는 공기의 정지파는 관의 길이가 반파장이 된다. 즉 관의 길이에 따라 음파의 파장이 결정되는 것이지요. 그래서 관이 길수록.. 음파의 파장이 길어지고 진동수는 작아지고, 결국 음은 낮아지게 되는 것이다.
또한 체적과도 관계가 있는데 이는 길이가 길어질 수록 질량도 길어지기 때문에 질량도 진동수에 상관있다. 관의 체적은 진동학에서 질량과 같고 관에 난 구멍의 체적은 강성과 같은 역할을 한다.
진동학 책을 참고하시면 질량과 스프링으로만 이뤄진 1자유도 시스템의 고유 진동수(natural frequency)는 f=k/m 이다. (여기서, m: Mass, k:Stiffness-강성)
이로부터 질량 즉, 체적이 커지면 고유 진동수가 낮아 지고 이는 낮은 음이 발생함을 말하고 반대로 체적이 작아지면 고유 진동수가 높아져 높은 음이 발생하게 됨니다.

(3)관의 구멍과도 주파수가 관계 있을까?
그리고 피리와 같은 관악기에 있는 구멍의 크기가 커지면 강성(k)이 커져 고유 진동수가 높아져서 높은 음이 발생하고 반대로 구멍의 크기가 작아지면 강성이 작아져 고유 진동수가 낮아지고 따라서 낮은 음이 발생하게 되는 것입니다. 음악시간에 구멍을 완전히 닫았을 때와 반만 닫았을 때 조금 낮은 음이 나는 것을 생각하면 된다.


(4) 막힌 관에서 소리가 나지 않는 이유?
막힌 관에서는 정상파가 발생하지 않아서 소리가 나지 않았다.
먼저 정상파에 대해서 알아보면 입사파와 반사파의 위상이 같아 중첩될 때 진폭이 두 배가 되어 진동하게 된다. 즉 경계면에서는 정상파의 배가 생기게 되는 것이다. 여기서 배는 정상파에서 진폭이 최대와 최소로 진동하는 부분이며, 마디는 진동이 없이 고정되어 있는 부분이다.

참고자료

· 없음