[일반물리학실험] (결과) 음파의 성질 : 관속에서 파의 공명현상을 이해하고 이를 이용해 공기 중의 음파의 파장과 속도를 측정

소개글

[일반물리학실험] (결과) 음파의 성질 : 관속에서 파의 공명현상을 이해하고 이를 이용해 공기 중의 음파의 파장과 속도를 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험목적

실험원리

실험기구 및 재료

실험방법



1.측정값
실험결과
결과에 대한 논의
결론
질문 및 토의

참고문헌 및 출처

본문내용

일반물리학실험보고서
음파의 성질
실험목적
-관속에서 파의 공명현상을 이해하고 이를 이용해 공기 중의 음파의 파장과 속도를 측정한다.
실험원리
-기체 속에서 압력의 요동이 생기면 기체의 밀도도 압력에 따라 같은 형의 요동을 한다. 이러한 요동은 기체를 따라 파동의 형태로 전파하게 되는데 이것이 소리이다. 다시 표현하면 기체 속에서의 음파는 기체를 따라 전파되는 압축과 팽창의 연속적인 결과로 이루어진 파동이고 전파방향과 진동방향이 같은 종파이다.
한쪽 끝이 닫혀있는 관의 경우에 스피커를 이용해 관속의 공기를 진동시키면 관의 길이 방향으로 전파되는 음파가 생긴다. 기주의 길이 L을 피스톤으로 조절한 후 스피커의 표면을 진동시키면 종파인 음파가 기주의 길이 방향으로 속도 v로 진행하다가 기주의 끝인 피스톤을 만나 반사되어 나온다. 음파의 파장을 λ로 나타내면 이웃하는 마디들 사이의 거리는 λ/n이다. 그러므로 정상파가 형성될 조건은
L=(1/4 + n/2)λ 이 된다.
만일 관의 양쪽이 다 열려있는 경우에는 양쪽 끝에서 배를 형성하므로 공명조건은 L=nλ/2가 된다.
진동수 f인 음파의 전파속도는 v=fλ이다.
실험기구 및 재료
-기주공명장치, 오실로스코프, 함수발생기, 멀티미터
실험방법
-기주의 한쪽이 막힌 경우
1. 실험실 내부 온도를 기록한다.
2. 오실로스코프의 전원을 켜고 모드는 [CH1], AC-GND-DC스위치는[GND], VOLTS/DIV 스위치는 [0.1V], TIME/DIV 스위치는 [1ms]에 각각 선택한 후 CH1입력단자에 입력선을 연결하고 신호가 스크린의 중간에 위치하도록 수직 위치 조정손잡이를 조정한다.
3. 오실로스코프의 CH1 입력선을 기주공명장치의 마이크로폰 연결단자에 연결한다.
4. 함수발생기의 출력단자에 출력선을 연결한다. 진폭 조절손잡이를 반시계 방향 최소로 돌려놓고 전원을 켠다.
5. 파형 선택 단추를 sine파형으로, 주파수 범위 선택 단추를 [10k]에 선택한 후 주파수 다이얼을 돌려 [0.3]에 놓는다. 그러면 3.0kHz의 sine파가 출력된다.
6. 함수발생기의 출력선을 기주공명장치의 스피커 연결단자에 연결한다.
7.오실로스코프의 AC-GND-DC 스위치를 [DC]또는[AC]에 선택한 후 신호가 스크린에 정상적으로 나타나는지 확인한다.
8. 마이크로폰을 관의 열린 쪽 끝에 근처에 두고 피스톤을 움직이면서 소리가 커지다 작아지는 지점 근처에서 피스톤을 앞뒤로 천천히 움직이면서 오실로스코프에 나타나는 파형의 진폭이 최대가 되는 기주의 길이를 찾는다.
9. 공명이 일어나면 마이크로폰을 관속에 천천히 이동시키면서 오실로스코프 화면에 나타나는 신호의 진폭이 최대와 최소가 되는 지점들의 위치를 기록한다.
10. 음파의 파장 λ를 구하고 식 v=fλ를 이용해 음속을 구한다.
11. 피스톤을 새로운 위치에 고정시키고 함수 발생기의 진동수를 천천히 바꾸면서 공명을 찾고 과정 9,10을 반복한다.
12. 과정 5와 같이 진동수를 정하고 피스톤을 움직여 관의 길이를 가능한 작게 하여 공명을 일으켜 관의 길이와 마디수를 기록한다.
13.피스톤을 움직여 관의 길이를 늘이면서 공명이 일어날 때 관의 길이와 n값을 기록한다.
14. n과 관의 길이의 관계 그래프를 그리고 기울기를 구한 후 파장을구하고 음파의 속도를 계산한다.
1. 측정값
실험1. 기주의 한쪽이 막힌 경우
공명이 일어난 관의 길이 : L=70cm
음파의 진동수 : f = 1457Hz
x0
x1
x2
x3
x4
x5
x6
x7
x8
x9
x10
8cm
15cm
20cm
24.5cm
30cm
34.3cm
39cm
46cm
49.4cm
56.1cm
61.4cm
λ= 22cm
v=fλ= 320.54m/s
음파의 진동수 : f = 3569Hz
x0
x1
x2
x3
x4
x5
x6
x7
x8
x9
x10
10.5cm
13.5cm
16cm
18.5cm
20.5cm
23.5cm
26cm
28cm
30.5cm
33cm
35.7cm
λ=10cm
v=fλ=356.90m/s
음파의 진동수 : f = 5555Hz
x0
x1
x2
x3
x4
x5
x6
x7
x8
x9
x10
7cm
8.5cm
10cm
11.5cm
13cm
15cm
16.7cm
18cm
19.1cm
21cm
23cm
λ=6cm
v=fλ=333.3m/s
음파의 진동수 : f = 969.4Hz
L
30cm
35cm
40cm
45cm
50cm
55cm
60cm
65cm
70cm
75cm
n
2
2
2
3
3
3
4
4
4
5
λ=15cm
v=fλ=145.41m/s
실험결과
마지막 표에서 진동수 f=969.4Hz일 때 n과 관의 길이의 관계 그래프
실험실의 온도를 알수있으므로 여기서 기체속에서 음파의 전파속도를 구할 수 있다.
결과에 대한 논의
-음파의 진동수가 증가 할수록 오실로스코프 화면에 나타나는 파형의 공명이 일어나는 기주의 길이가 짧아지는 것과 파장이 짧아 지는 것을 표를 통해 알수가 있다.
공명이 일어나는 길이도 주기적으로 일어난다는 것도 알 수가 있다.
기주의 한쪽이 막힌 경우의 실험에서 관속의 틈이 있는 것을 봤는데 이런 점 때문에 오차가 생긴다고 생각한다.
그리고 오실로스코프가 최대,최소가

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