[자연과학] 물리학및 실험 - 공명

1. 목적

열린 관과 막힌 관에서 소리의 공명현상과 정상 파형을 관측하고, 관 속에서의 소리의 속도를 알아본다.

2. 이론

가. 음파
스피커의 떨림판이 떨면 음파가 곤기 중으로 전파된다. 음파는 스피커 떨림판 쪽으로 가까워지고 멀어지고 하는 공기분자의 작은 운동으로 이루어져 있다. 만약 스피커 근처의 작은 공기 체적을 볼 수 있다면 그 공기 체적이 스피커로부터 멀리 이동하는 것이 아니고, 그 공기 체적이 스피커 떨림의 진동수로 스피커로부터 가까워지고 멀어지고 하는 것을 볼 수 있을 것이다. 이 운동은 줄에서의 파동 전파와 매우 유사하다. 중요한 차이점은 줄에서의 진동 운동은 파동의 전파방향에 수직(횡파)이고, 음파는 전파방향과 같은 방향이다. 그래서 음파를 종파라 한다. 또한 음파는 밀과 소의 연속이다. 스피커의 떨림판이 앞쪽으로 움직이면 떨림판 근처의 공기는, 비교적 높은 공기 압력의 작은 체적이 만들어져 밀하게 된다. 이 작은 높은 압력의 공기 체적은 근처의 공기를 밀하게 하여 높은 압력이 스피커로부터 멀리 전파되게 한다. 반대로 스피커의 떨림판이 안쪽으로 움직이면 떨림판 근처의 공기는, 비교적 낮은 공기 압력의 작은 체적이 만들어져 소하게 된다. 이 소 역시 스피커로부터 멀리 전파된다. 일반적으로 소리는 모든 방향으로 전파된다. 그렇지만 이번 공명관 실험에서는 일차원의 전파로 단순화하기로 한다.
나. 관에서의 정상파
정상파는 파동이 줄의 한쪽 끝에서 반사되어 되돌아오는 파동과 원래 진행하던 파동과 간섭하는 진동줄에서 만들어진다. 또한 음파가 관의 한쪽 끝에서 반사되어 질 때도 정상파가 만들어진다. 또한 음파가 관의 한쪽 끝에서 반사되어질 때도 정상파가 만들어진다. 줄에서 정상…

다. 공명

열린 관의 경우
L(관의 길이) 〓 nλ/2
막힌 관의 경우(한쪽은 열려있음)
L 〓 nλ/4

4. 실험방법