[일반물리실험] 기주공명 장치에 의한 음속 측정 프리레포트

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2007.08.11 / 2019.12.24
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하고 싶은 말: 이 레포트는 기주공명 장치에 의한 음속 측정 실험 전에 작성한 프리레포트 입니다.
실험 원리와 방법 등이 체계적으로 정리되어있습니다.
많은 구매 바랍니다. ^^

목차: 1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험방법
4. 참고문헌 및 참고사이트

본문내용: 1. 실험목적
― 알고 있는 진동수를 가진 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기 중의 음속을 측정한다.

< Figure 1 - 기주공명 장치 내의 파장>
2. 실험원리
(1) 기주공명 장치의 원리
진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어 있는 기주를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동 때와 같은 정상파가 생긴다.

< Figure 2 >
소리굽쇠에서 발생하여 관을 따라 진행한 파는 수면에서 반사하게 되고, 관을 따라 올라와서 입구에 도달하면 일부는 다시 반사하게 된다. 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 소리굽쇠에서 새로이 발생되어 관으로 들어온 파와 정확히 위상이 같게 되면, 보강간섭이 일어나 두 파동의 합성파의 진폭이 증가하여 소리가 커지게 된다(공명현상).
공명이 일어날 때 관내에 존재하는 정상파의 모양은 막힌 곳에서는 마디가 되고 입구에서는 배가된다. 따라서 공명이 일어나는 기주의 길이는 <Figure 2>에서 볼 수 있듯이 λ/4의 홀수배가 된다.
(2) 음속측정법
진동수 f인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 λ라 하고, 이 파동이 공기 중에서 전파하는 속도를 v라 할 때, 다음 관계식이 만족된다.
v = fλ … (1)
그리고 소리굽쇠가 공기 중에서 발생하는 음의 파장 λ는
λ = 2 (yn+1 - yn) … (2)
이다. 식 (1)에 식 (2)를 대입하면
v = 2 f(yn+1 - yn) … (3)
이 된다. 여기서 y0, y1, y2, …, yn 들은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다. 식 (3)을 통해 음속을 측정할 수 있다.
그런데 관 끝에서 첫 번째 공명 위치 y0까지의 길이는 λ/4에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작다. 이는 첫 번째 정상파의 배가 관의 모양, 크기 등에 따라서 관 끝보다 조금 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관 끝에서부터 배까지의 거리 δ와 관의 내반경 r과의 비(끝 보정), 즉 δ/r는 약 0.55 ∼ 0.85이다.

참고문헌: ⑴ 하이탑 물리 Ⅱ, 김종권, 이강석
⑵ 물리학과 교육 실험실 : http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/
⑶ 기주공명실험 : http://mercury.chonnam.ac.kr/~eva0802/기주공명실험.hwp
⑷ 파동과 입자 : http://moolynaru.knu.ac.kr/high_phy_ii/wave/30정상파m/23정상파기주공명.htm

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