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[자연과학] 일반물리학 test(실험) - 공명

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작성일18-05-17 10:34

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마찬가지로 공명관에서의 음파에 대상으로하여도 골과 마루가 형성되는데 이 곳에서는 음파의 진폭이 각각 최소치와 최대치를 가진다, 즉 두 개의 파가 서로 180도 만큼의 위상차를 가지게 되는 지점에서는 상쇄 간섭으로 진폭이 최소가 되는 골이 되고 위상이 서로 같을 때는 보강간섭으로 마루가 된다. 만일 한쪽이 막혀 있다면 파는 진행할 곳이 없게 되어 그 곳에서 골을 형성하고 열려 있다면 그 반대의 현상이 일어나게 된다.
3. 이론(理論) : A. 공명관에서의 정상파
정상파는 줄에서 들어가는 파와 나오는 파 두 개가 서로 간섭하여 발생한다. 음파는 공기 분자의 종적인 진동으로 구성되어 있다아 만일 스피커 주위에 있는 공기의 매우 작은 부피를 육안으로 관찰할 수 있다면 공기 자체가 진행하는 것이 아니라 가해진 신호의 주파수로 앞뒤로만 진동한다는 것을 알 수 있을 것이다. 위의 公式 은 일차원적인 선의 경우에 유도된 것으로 실제 experiment(실험)에서와는 차이가 있다아 지름이 d인 관의 경우 좀더 정확한 公式 은 다음과 같다. 음파에서 작은 공기 부피의 진동방향은 그 파동의 진행방향과 동일하다.






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1. 題目 : 공명
2. 목적 : 음파에 의해 플라스틱 공명관의 기주에 형성된 정상파로부터 공명진동수를 구하고 진폭의 최고점 및 최저점의 위치를 측정(measurement)하여 파장을 계산함으로써 음속을 측정(measurement)한다. 한 지점의 밀도와 압력이 다른 지점보다 높으면 공기 분자들은 곧 밀도와 압력이 낮은 지점으로 이동하게 되어 밀한 공기층이 전파하여 나간다. 음파를 이해할 수 있는 다른 하나의 방법은 그것을 수축과 이완의 연속으로 파악하는 것이다. 이것은 기다란 용수철의 일부를 길이방향으로 퉁길 때 나타나는 탄성파의 전파와 비유된다. 일반적으로는 이렇게 집합적으로 반사된 파들은 항상 동일한 위상을 지니지는 않는다. 반면에 이완되어


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다. 이 때문에 음파를 종파라 한다. 공명조건은 다음과 같이 주파수보다는 파장에 의해 쉽게 이해되어진다. 일반적인 n에서는 n번째 배진동 또는 (n-1)th overtone이 된다.
(양쪽 다 …(drop) 막혀 있거나 열려 있을 때)
단, n〓1, 2, 3
(한쪽만 막혀 있을 때)
n〓1일 때 위의 공진조건을 만족하는 주파수(파장)를 기본주파수(파장)라 하고, 이는 주어진 경계조건에서 나올 수 있는 가장 낮은 주파수(긴 파장)가 되고 n〓2일 때를 배진동 또는 1st overtone이라 한다.

단, n〓1, 2, 3

C. 음파
스피커에 교류 신호가 가해지면 스피커 진동판의 진동에 의해 음파가 발생한다. 한편 흔히 볼 수 있는 기타줄에서의 파동과는 서로 다른 점이 있는데 기타줄에서는 진동이 횡적으로 파동의 진행방향과 수직하다는 점이다. 따라서 공명장치를 통한 음파의 반사에 의해서도 정상파가 형성될 수 있다아 줄에서 형성되는 정상파에는 움직이지 않는 지점인 골과 파동에 의해 움직이는 지점인 마루 가 있으며 이 곳에서 진폭은 시간에 따라 상하로 진동한다. 음파의 반사는 공명관의 끝이 막혀 있을 때나 열려 있을 때 모두 일어난다. 따라서 간섭에 의해 생긴 정상파의 진폭도 완전 보강간섭 때의 크기보다는 작게 된다.
B. 공명
위에서 언급된 바와 같이 파동이 한쪽 끝에서 반사되어 원래의 파와 간섭할 때 정상파가 발생한다. 스피커에서 신호가 발생하면 스피커 근처의 두께가 얇은 공기층이 순간적으로 오른쪽으로 이동하여 바로 오른쪽에 있는 층의 공기 분자의 수가 상대적으로 많은, 즉 밀한 층이 형성된다. 발생된 음파는 공기를 통해 전달된다. 공명관에서의 음파는 이러한 골과 마루의 위치를 가지게 된다.
그러나 특정한 진동수에서는 모든 반사파들의 취상이 동일하게 되어 아주 높은 진폭의 정상파를 형성하는데 이것을 공명이라 한다. 소리의 파장을 라 하고 공명장치의 길이를 L이라 하면 공명조건은 다음과 같이 주어진다. 그러나 음파는 실제로 무수히 많이 앞뒤로 반복 하므로 이런 여러 개의 반사파들이 서로 간섭하게 된다.

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