[자연과학] 물리 및 실험 - 음속측정

1. 실험목표 소리굽쇠를 진동시켜 소리의 파동이 유리관 내를 전파하도록 하고 정상파가 되는 공명 조건을 찾아 음파의 파장을 구하여 공기 중 음속을 측정한다. 2. 실험내용 이 실험에서는 공기 기둥, 공명 장치(공명용 유리관, 스탠드, 클램프, 수위 변화 장치), 소리굽쇠, 고무망치, 온도계, 압력계등이 쓰였다. 이 실험의 공식을 증명해 보면, 공기 중의 음속은 Laplace의 이론에 의하면 , 대기압 하에서 (1) 이다, 여기서 는 공기의 정압비열/정적비열이며 는 공기의 밀도. 0, 1기압 하에서 음속을 이라 하면 (2) 이다. 는 공기의 체적 팽창계수이다. 소리굽쇠 를 진동시켜 생긴 음파가 한쪽 끝이 물로 막힌 유리 관 속을 전파하면 관 속의 수면에서 반사된 음파와 간섭하여 정상파가 생긴다. 이 때 유리 관 속의 공기 기둥이 적당한 길이여서 관의 열린 곳이 정상파의 배가 되어야 하며 이 배에서의 공기 진동에 소리굽쇠의 진동에 의한 음파가 공명을 일으켜 대단히 큰 소리가 난다. 즉 소리굽쇠와 공기 기둥 사이에 공명이 일어난다. 공명이 일어날 때의 공기 기둥의 길이와 소리굽쇠의 진동에 의한 음파의 파장 의 관계를 그림에 나타내었다. 그림과 같이 공명이 발생하는 마디점의 위치 , 의 위치를 잣눈 로 읽어 이라고 하면 (3) 이다. 음파의 파장 와 소리굽쇠의 진동수 는 음속 와 다음 관계를 만족한다. (4) 식 (3)과 (4)에서 음속 는 (5) 이 된다. 그림에서 관 끝에서 첫 번째 공명 위치 까지의 길이는 에 해당되나 실제는 이 값보다 조금 작다. 이것은 첫 번째 정상파의 배가 관의 모양, 크기 등에 따라 관 끝에서 약간 바깥쪽에 있다는 것을 의미한다. (끝 효과, terminal effect). 따라서 정확한 음속을 측정하려면 여러 공명 위치를 찾아서 식 (5)로 계산하여야 한다. 실험 순서에 대해서 설명하자면, 1) 그림과 같이 공기 기둥 공명 장치에 물을 채운다, 이 때 물통 를 …
1) 그림과 같이 … 회