[자연과학]일반물리학 - 음파의 성질

일반물리학실험
음파의 성질
실험 목적
관속에서 파의 공명현상을 이해하고 이를 이용해 공기 중의 음파의 파장과 속도를 측정한다.
실험 원리
기체 속에서 압력의 요동이 생기면 기체의 밀도도 압력에 따라 같은 형의 요동을 한다. 이러한 요동은 기체를 따라 전파하게 되는데 소리도 이러한 파동 중의 하나이다. 다시 표현하면기체 속에서의 음파는 기체를 따라 전파되는 압축과 팽창의 연속적인 결과로 이루어진 파동이고 전파방향과 진동방향이 같은 종파이다.
그림 29.1 (a)와 같이 한쪽 끝이 닫혀있는 관의 경우에 스피커를 이용해 관속의 공기를 진동시키면 관의 길이 방향으로 전파되는 음파가 생긴다. 기주의 길이 L을 피스톤으로 조절할 수 있게 한 후, 스피커의 표면을 진동 시키면 종파인 음파가 기주의 길이 방향으로 속도 v로 진행하다가 기주의 끝인 피스톤을 만나면 음파는 반사되어 나온다. 음파의 파장을 λ로 나타내면 이웃하는 마디들 사이는 이다 그러므로 그림으로부터 공명조건 즉 정상파가 형성될 조건은
(29.1)
이 된다. 여기서 n는 정수이다. 따라서 정상파의 허용된 진동수는
(…(생략)

a. 기주의 한쪽이 막힌 경우

(1) 실험실 내부 온도를 기록한다. 공명을 일으키기 위해 진동수를 고정 시키고 관의 길이를 피스톤으로 조정한다.

(2) 오실로스코프의 전원을 켜고 모드는 [CH-1], AC-GND-DC 스위치는 [GND], VOLTS/DIV 스위치는 [0.1V], TIME/DIV 스위치는 [1ms]에 각각 선택한 후 CH-1 입력단자에 입력 프로브를 연결하고 신호가 스크린의 중간에 위치하도록 수직 위치 조정노브를 조정한다.

(3) 오실로스코프의 CH-1 입력선을 기주공명장치의 마이크로폰 연결단자에 연결한다.

(4) (4) 함수발생기의 출력단자(OUTPUT-50Ω)에 출력선을 연결 한다. 조절단자(AMPLITUDE, OFFSET, SYMMETRY, SWEEP)는 [PULL OFF]시키고 진폭 (AMPLITUDE) 조절단자를 반시계 방향 최소로 돌려 놓고 전원을 켠다.

(5) 파형 선택 단자(FUNCTION)를 sine파형으로, 주파수 범위 선택 단자 (RANGE Hz)를 [10k]에 선택한 후 주파수 다이얼을 돌려 [0.3]에 놓는다. 그러면 3.0 kHz 의 sine파가 출력된다.

(6) 함수발생기의 출력선을 기주공명장치의 스피커 연결단자에 연결한다. 진폭 조절단자를 최대 진폭의 1/4정도 돌린후 멀티미터를 이용해 진동수를 측정한다.

(7) 오실로스코프의 AC-GND-DC 스위치를 [AC]에 선택한 후 신호가 스크린에 정상적으로 나타나는지 확인한다.실험장치의