일반물리학실험 - 공명관 실험보고서 (일반 물리 실험 A+ 보고서)

소개

카이스트 일반물리학 실험시간에 A+ 받은 보고서입니다. 공명관에 대한 실험입니다.

목차

1. 실험 목적 및 이론
2. 실험방법(매뉴얼참조)
3. 실험결과 및 분석
4. 실험오차분석

본문내용

I. 실험 목적 및 이론


1. 정상파와 폐관의 진동

파장, 주기 및 진폭이 같은 두 파동이 반대 방향에서 진행하여 계속 겹쳐지게 되면 그 합성파는 몇 개의 부분으로 나누어져 제각기 진동하면서 파동의 모양은 어느 쪽으로도 진행하지 않는다. 이 때 매질의 각 부분만이 일정한 진폭을 가지고 주기적으로 진동하면서 파동이 서 있는 것처럼 보인다. 이와 같은 파동을 정상파(standing wave)라 하고, 항상 이동하지 않는 점을 마디(node), 진폭이 큰 곳을 배(anti-node)라고 한다. 한쪽 끝이 닫힌 폐관 속 공기를 진동시켜 정상파를 발생시키면 막힌 쪽의 공기는 진동할 수 없어 마디가 되고, 열린 쪽은 크게 진동하는 배가 된다. 따라서 폐관 속에서는 마디에서 배까지의 정상파가 생긴다. 정상파의 마디에서 배까지의 거리는 이므로 길이가 l인 폐관 속에는 의 홀수배인 정상파가 생기게 된다. 즉,

(n = 1 ,2, 3,⋯)

이므로 파장 은 이다. 그리고 소리의 속도 이므로 폐관의 진동에서 고유 진동수 은

(v : 소리의 속도)

가 된다. 이 실험에서는 공기를 진동시키는 대신 관을 통하여 음파를 전달시킨다. 이 경우 관의 다른 쪽 끝에서 다시 반사되어 반대 방향으로 다시 돌아가게 되어, 관 내부에서는 원래의 전파되어 가는 음파와 반사파들이 서로 간섭을 일으키게 된다. 특히 관의 길이 l과 음파의 파장 가 적당한 조건 아래에서 동일한 위상을 가지고 투과하는 경우가 생긴다. 이러한 경우를 정상파(standing wave)가 형성되었다고 말하는데, 이러한 음파의 진동수를 공명 주파수(resonance frequency)라고 하며, 이는 관의 기하학적인 요소에 의해 결정된다. 이 실험에서는 공명관 내에서 정상파를 만든 뒤, 마이크를 이용해 정상파의 특성을 관찰한다.


2. 음파

소리는 공기와 같은 매질 내를 전파하는 종파이다. 또 그 소리는 기체나 액체 또는 고체 내부를 전파하는 역학적 파동이고, 역학적 파동으로의 횡파는 기체나 액체 내에서 전파될 수 없다.
소리의 특성은 다음과 같다.

① 매질이 없는 진공에서는 소리가 전달되지 않는다.
② 공기가 밀한 곳은 압력이 높고, 소한 곳은 압력이 낮다.
③ 음파는 진동수에 따라 가청음파, 초저주파 음파, 초음파로 나눌 수 있다.

공기 속을 전달하는 소리의 속력은 공기의 온도에 따라 달라지고, 0℃에서 331.5m/s이다. 건조한 t℃의 공기 속을 전달하는 소리의 속력 v는 기압이나 진동수에 관계없이 (m/s) 이다. 소리의 전파 속도를 음속(sound velocity)라고 한다. 음속의 특성은 다음과 같다.

참고자료

· 없음