[자연과학] [실험보고서] 기주공명을 이용한 음속 측정

[실험보고서] 기주공명을 이용한 음속 측정

1. 실험 목적

진동수를 알고 있는 소리굽쇠와 기주 사이에 공명을 일으켜서 음파의 파장을 구하여 공기 중의 음속도를 측정하고, 음속을 미리 알고 소리굽쇠의 고유 진동수를 측정한다.

2. 이 론

진동수 f인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기중에서의 파장을 람다(λ)라 하고 이 파동이 공기 중에서 전파하는 속도를 v라 할 때, 다음 관계식이 만족된다.
u 〓 fλ
진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어 있는 기주를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동때와 같은 정상파가 생긴다.
이 때, 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 따라서, 소리굽쇠가 공기 중에서 발생하는 음의 파장λ는
λ 〓 2(y3 - y1)이며, 이것을 식 u 〓 fλ에 대입하면
u 〓 2f(y3 - y1) 이 된다.
(여기서 y1, y2,....., yn 들은 유리관 내의 공명 위치를 나타냄)
관 끝에서 첫번째 공명 위치 y1까지의 길이는 λ/4 에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작…(생략)

3. 실험 기구

4. 실험 방법

① 기주 공명 장치에 물을 가득 채운 후 물통을 상하로 움직여서 물이 넘치지 않도록 물의 양을 조절한다. 이때 물통을 위 아래로 움직여 관의 물이 꼭대기에서 아래까지 움직일 수 있도록 물의 양을 조절한다.

② 소리굽쇠를 고무망치로 세게 쳐서 진동시킨 후, 유리관위에 유리관과 수직 방향으로 놓는다. 이와 동시에 물통을 서서히 내리면서 유리관 내의 소리를 들을 때 어느 지점에서 갑자기 커지는 공명소리를 듣게 된다.

③ 그러면 기주 안에는 소리굽쇠의 진동수 f 와 같은 진동수의 정상파가

④ 이때 온도계로 온도를 읽어 식 ut 〓 u0 에서 음속을 구한다.

⑤ 소리굽쇠의 진동수를 구하려면 u 〓 f

⑥ 소리굽쇠에 적힌 진동수와 실험에서 구한 진동수를 비교 분석한다.

5. 실험결과

(1) 진동수를 알고 있을 경우(f 〓 655s-1)