[자연과학] 일반물리학 - 파동실험(Resonance Tube)

일반물리학 - 파동실험(Resonance Tube)

1. 실험제목

Resonance Tube

2. 실험일시

3. 실험목적

어떤 음원에서 관 속으로 전달되는 음파의 에너지가 최대가 되는 공명주파수를 측정하고 이 때 생겨나는 정상파의 공명모드를 측정한 뒤, 관의 길이와의 관계를 조사한다. 기초적인 전자장비인 오실로스코프의 사용법을 익히기 위해 소리의 속도 관계식을 이용하여 구해본다.

4. 실험원리

1) 실험 원리

관 내에서의 정상파
파장, 주기 및 진폭이 같은 두 파동이 반대 방향에서 진행하여 중첩되면 그 합성파는 독특한 성질을 보이는데, 마치 파동이 움직이지 않고 진폭이 커졌다 작아졌다 하는 것으로 보이게 된다. 다시 말하면, 배와 마디가 멈춰있는 상태가 유지되는 것이다. 이와 같은 파동을 정상파(standing wave)라 하고, 변위가 없는 점을 마디(node), 진동하는 부분중에서 변위가 가장 심한 점을 배(antinode)라고 한다.
한쪽 끝이 닫힌 폐관 속 공기를 진동시키면 특정 주파수에서는 입구에서 진행된 파동이 반대쪽의 막혀있는 끝에 반사되어 다시 돌아오면서 정상파가 발생한다.…(생략)

5. 실험내용

1) 실험 방법

① 공명관, oscilloscope, function generator를 아래의 그림과 같이 설치한다.

② 음파의 주파수를 서서히 증가시켜가면서 관에서 나는 소리를 주의 깊게 듣는다.

③ function generator로 출력되는 파형의 진폭을 0.2~0.5V로 낮추어 oscilloscope 상에 나타나는 파형을 관찰하여 공명이 일어나는 순간을 찾아낸다.

④ 주파수를 증가시켜 5개 정도의 다른 공명 주파수를 찾는다.

⑤ 이 때 마이크의 작동원리를 이해한 뒤 이를 이용하여 관내에 생겨난 파형을 관찰한다.

⑥ 관의 끝부분에서 출력되는 파형을 주의 깊게 관찰한다.

2) 실험 결과 및 분석

① 개관일 때