[물리실험1]용수철 진동과 공진 실험 결과레포트

실험 7. 용수철 진동과 공진 1. 실험 목적과 이론 및 예비 보고서 (1) 실험 목적 용수철에 의해 진동하는 물체에서 자유 진동과 강제 진동의 특성을 이해한다. (2) 실험 기구 여러 가지 용수철, 여러 가지 질량 추, 스탠드, 클램프, 스마트 폰, 줄자 등 (3) 이론 및 예비 보고서 핵심물리 13.2 단순조화운동을 참조하여 다음을 이해한다. 1) 단순조화운동이란 단순 조화 운동은 고유 진동 가운데 하나로, 일정한 진폭으로 진행되는 가장 단순한 진동으로, 복원력이 작용한 운동을 말한다. 또한, 복원력은 물체가 평형 상태에서 벗어나는 방향과 반대 방향으로 작용하여 평형 상태를 복원시키려는 힘을 말한다. 물리계에서 복원력은 변위에 비례하게 되는데, 이러한 복원력이 작용한 운동을 단순 조화 운동이라 하며, SHM이라고도 한다. 이때의 복원력은 F=-kx(k는 비례상수, x는 변위)로 나타낼 수 있다. 복원력이 음의 값이 된 이유는 물체가 움직인 방향과 반대로 힘이 작용하기 때문이다. 여기서 뉴턴의 제 2법칙 F=ma를 적용하면 –kx=ma이라고 적을 수 있다. 또한, 가속도는 위치함수의 2차 미분값 이므로 가 된다. 2) 진동 주파수를 결정하는 요소는 단순조화운동은 주기운동을 하므로 코사인 함수라고 가정할 수 있다. 그렇게 된다면 이다. 에서 이고 진동수는 주기의 역수이므로 f는 이다. 여기서 각진동수 w는 이다. 따라서 이다. 따라서 비례상수 k가 커질수록, 질량 m이 작아질수록 진동수가 커지고, 비례상수 k가 작아지고, 질량 m이 커질수록 진동수가 작아진다. 2. 용수철 상수 k 측정하기 (1) 용수철의 한쪽 끝을 스탠드에 고정한다. (2) 질량이 다른 몇 개의 추를 용수철에 매달아 늘어난 길이를 측정하고 이로부터 용수철 상수 k를 구한다. (3) 이후 실험 중 용수철을 교체하게 될 때마다 같은 방법으로 k 값을 측정한다. 그래프를 통해 늘어난 길이와 용수철 상수는 반비례 관계라는 것을 알 수 있다. 3. 용수…
…