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일반물리학실험 단현진동장치

일반물리학실험 1 (결과)Report실험제목단현진동장치를 이용한 진동수측정레포트평가ABCD서식-포맷(폰트,줄간격)에 맞게 정확하게 작성하였는가?-삽입그림을 포함하여 시각적으로 깔끔하게 작성하였는가?-참고문헌과 각주는 적절한 양식과 위치에 작성하였는가?내용-실험이론을 잘 이해하고 작성하였으며 교재에만 의존하지 않고 주변자료를 적절히 참고하였는가?-실험과정을 실험동영상을 통해 잘 숙지하고 일목요연하게 작성하였는가?결과분석-분석과정을 꼼꼼하게 기술하고 적어도 하나 이상의 계산결과를 밝혔는가?-이론치와 실험치의 결과를 충분히 비교분석하였으며 오차분석도 충실하였는가?실험제목단현진동장치를 이용한 진동수측정1. 실험목적강철선의 진동을 이용하여 단현진동장치 전자석의 진동수를 측정하고 이를 정상파의 진동수와 비교한다.2. 실험원리1) 진동수진동수란 진동운동에서 물체가 일정한 왕복운동을 지속적으로 반복하여 보일 때 단위시간당 이러한 반복운동이 일어난 횟수를 말한다[1].2) 정상파공간 내에서 임의의 방향으로 진행하는 파동인 진행파와 대비되는 개념으로 진동의 마디점이 고정된 파동을 말한다. 진폭과 진동수가 같은 파동이 서로 반대방향으로 이동할 때 파동의 합성에 의해 발생할 수도 있다[2].양 끝이 고정된 팽팽한 줄을 진동시키면 줄을 따라 같은 진동수와 진폭을 가진 두 파동이 양 끝에서 반사되어 서로 반대방향으로 진행하다가 간섭하여 적당한 조건이 만족되면 정상파가 형성된다.그림 1. 양 끝이 고정된 줄에서 만들어지는 정규모드(a) 기본정규모드(1배 진동) (b) 2배 진동 (c) 3배 진동3) 공명소리를 포함해 보통의 역학적 진동, 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상인데, 이중에서 전기적·기계적 공명일 때는 공진이라고도 한다. 일반적으로 외부에서 진동계를 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 고유진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다. 또 진동체가 서로 연결되어 있는 경우, 양쪽 진동수가 같으면 공명에 의해 에너지를 서로 교환하기 쉽게 된다. 이번 실험을 통해 공명을 확인할 수 있다[3].4) 횡파파동의 진행방향과 매질의 진동방향이 수직을 이루는 파동이다. 파동은 매질에 의해 전파된다. 즉, 매질을 이루는 물질입자의 진동과 움직임이 파동으로 나타난다[4].줄을 따라 진행하는 횡파의 속력은 다음과 같다. 이때F_T는 장력,mu는 선밀도이다. 아래 식은 파형이 sin파이거나 임의 모양의 pulse더라도 성립한다.v= sqrt { {F_T}over mu }(1)형성된 정상파의 파장lambda와 진동수f는 다음 식으로 결정된다.lambda={2L}over{n}(n=1,2,3, CDOTS)(2)f={v}over{lambda}={n}over{2L} sqrt { {F_T}overmu}(3)이때L은 줄의 길이,n은 배의 개수이다. 줄에 정상파를 만들기 위해서는 줄의 고유진동수와 같은 진동수의 외부진동을 줄에 가해주면 된다. 이와 같이 계의 고유진동수와 외력의 진동수가 일치할 때, ‘공명’현상이 일어난다. 본 실험에서는 주어진 선밀도를 갖는 강철선에 질량m의 추를 달아F_T =mg의 장력을 인가한 후 교류전자석을 이용하여f의 외부진동수로 강철선을 진동시킨다. 줄이 진동하는 길이L을 적절히 바꿔주면 손쉽게 1배 진동을 관찰할 수 있으며 2, 3배 진동도 관찰 가능하다. 측정된 물리량을 바탕으로 주어진 교류진동수f를 알아낼 수 있는지 실험을 통해 확인한다.3. 기구 및 장치단현실험장치, 전자석, 받침틀(대, 소), 강철선 2종, 추그림 2. 단현실험장치4. 실험방법① 강철선을 단현장치 한쪽 끝의 나사를 풀고 나사몸통을 관통시킨 후 한 번 감아서 조인다.② 반대편 끝에 500g의 추를 두 가닥의 강철선 고리에 각각 연결한다.③ 받침대(대)를 단현실험장치 양 끝에 놓아 강철선을 받쳐놓는다.④ 한 쪽 강철선 밑에 받침대(소) 2개를 적당하게 떨어뜨려 받친다.⑤ 받침대 사이에 진동전자석을 놓는다. 이때, 전자석의 원의 중앙 바로 위쪽에 강철선이 지나가게 놓는다.⑥ 전자석의 전원을 켜고 받침대를 이동시키면서 첫번째 정상파가 생기는 위치를 찾는다.⑦ 정상파가 발생하면 진동하는 소리가 커지는데 소리가 가장 커지는 지점을 찾는다.⑧ 받침대를 더 멀리 떨어뜨리면서 두번째 정상파가 발생하는 지점을 찾는다.⑨ 이 과정을 다른 강철선에 대해서도 수행한다.⑩ 실험이 끝나면 추와 받침대를 모두 제거하고 강철선은 가지런히 당긴 후 청테이프를 이용하여 고정한다.5. 실험결과1) 강철선 지름PHI가 0.30mm 일 때선밀도mu: 0.000544(kg/m)진동수f는 (3) 식을 이용하여 구한다.측정 횟수L_1(m)L_2(m)10.3940.78520.3850.77330.3850.797평균0.3880.785표 1.L_1과L_2 측정 결과f_1(Hz)f_2(Hz)평균(Hz)122121121.5표 2. 진동수f2) 강철선 지름PHI가 0.40mm 일 때선밀도mu: 0.000974(kg/m)진동수f는 (3) 식을 이용하여 구한다.측정 횟수L_1(m)L_2(m)10.2980.60720.2950.60030.2940.601평균0.2960.603표 1.L_1과L_2 측정 결과f_1(Hz)f_2(Hz)평균(Hz)120118119표 2. 진동수f따라서PHI가 0.30mm 일 때 진동수f는 121.5Hz이고PHI가 0.40mm 일 때 진동수f는 119Hz이다.전자석은 60Hz의 교류로 진동하므로 N, S가 초당 약 60회씩 반복되어 줄은 120Hz로 진동한다. 따라서 이번 실험의 오차율은 다음과 같다.PHI가 0.30mmPHI가 0.40mm오차율1.23%0.83%표 3. 강철선 지름PHI에 따른 오차율선밀도에 따라서 진동수의 값이 조금 다르게 측정되었다.PHI가 0.30mm때 는 121.5Hz로 오차율은 1.23%였다. 또한PHI가 0.40mm일 때는 119Hz로 오차율은 0.83%였다. 이론상으로 같은 진동수 120Hz를 걸어주었기 때문에 같은 진동수가 측정되어야 한다. 하지만 두 값이 차이가 났고 식 (4)을 이용해 선밀도마다 진동수가 다르게 나온 이유를 유추할 수 있다.

공학/기술| 2020.10.19| 6페이지| 1,000원| 조회(123)

레포트, 물리학, 단현진동장치

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