[자연과학] 실험보고서 - 기주공명 장치를 이용한 음속측정 실험

기주공명 장치를 이용한 음속측정 실험

1. 실험목적

1) 관길이를 일정하게 유지시켜 기주가 공명하는 지점에서 소리의 진동수를 측정함으로서 공기 중의 음속을 측정할 수 있다.

2) 소리의 진동수를 일정하게 유지시켜 기주가 공명하는 소리의 파장을 측정함으로서 공기 중의 음속을 측정할 수 있다.

2. 실험기구

기주공명장치, 온도계, funtion generator, 스피커

3. 실험원리

1) 공기 중에서의 음속

이 실험에서,
(B〓체적탄성률, α〓1/273.16)

2) 기주의 진동(폐관의 진동)

한쪽 끝이 닫힌 폐관 속의 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 배까지 거리는 이므로 길이가 인 폐관 속에는 의 홀수배인 정상파가 생기게 된다. 즉,
이므로 파장 은 이다.
따라서 소리의 속도 이므로 폐관의 진동에서 고유 진동수 은
( : 소리의 속도)가 된다.

3) 열린 끝의 보정

기…(생략)

4) 기주의 공명

5) 공명조건

②-①을 υ에 r대해 정리하면,

4. 실험방법

1) figure4.의 기주공명장치에 물을 가득 채우고, 물통을 움직여 물이 위,아래까지 움직일 수 있도록 물의 양을 조절한다.

2) funtion generator를 이용해 진동수가 일정한 파동을 발생시키고 스피커에 연결시켜 스피커를 유리관의 윗부분에 댄 후, 물통을 서서히 내리면 유리관내에서 갑자기 커지는 공명소리를 들을 수 있다. 그 위치를 표시해 둔다.

3) 공명소리 지점 근처에서 위의 과정을 반복하여 첫번째 공명지점을 찾는다.

4) 다음의 공명지점들도 위의 2), 3)의 과정을 반복하여 유리관의 길이가 허용하는 한도까지 공명 위치를 찾아낸다.

5) 를 이용하여 파장을 구한다.

6) 실험실의 온도 T℃를 측정한다.

7) 실온 T℃때의 음속 를 를 이용하여 계산한다.

8) 을 이용하여 0℃일 때의 음속을 구한다.

9) 8)에서 구한 값을 0에서 음속의 표준값 331.4m/s 와 비교해본다.