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[물리실험] 신비로운 맞춤 - 껴울림 현상
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[물리실험] 신비로운 맞춤 - 껴울림 현상
1.목적
유한한 크기의 계에서의 떨림(oscillation)현상은 계의 크기에 의해서 결정되는 특정한 떨기 수(frequency)들을 갖는다. 이 떨기 수와 같은 시간 변화를 갖는 자극을 계에 계속해서 가해 주면 반복되는 자극에 대한 반응 즉, 떨림은 서로 결 맞아서 자극이 거듭될수록 크기가 자라나게 된다. 실제의 계에서는 떨림의 크기(amplitude of oscillation)가 자라남에 따라 흩어지기(dissipation)도 커지기 때문에 어떤 크기에서 평형을 이룬다. 또, 홑어울림 운동(simple harmonic motion)을 하는 계의 떨기 수와 같은 떨기 수로 반복되는 자극을 계에 가하면 홑어울림 운동의 크기가 커진다. 홑어울림 운동을 하는 두 계가 서로 결합되어 있을 때, 또는 한 계에 두 가지 홑어울림 운동이 일어날 수 있을 때 두 떨기 수가 같으면 한쪽의 계(또는 홑어울림 운동)에서 다른 쪽의 계(홑어울림 운동)로 에너지의 전달이 크게 일어난다. 이렇게 계의 떨림 특성과 같은 떨기 수의 반복된 자극에 대해 선택적으로 강한 반응이 일어나는 것을 껴울림(resonance)이라고 한다.
이 껴울림 현상은 그네를 탈 때를 생각하면 쉽게 이해할 수 있으며, 기체가 들어 있는 관속에서 소리의 껴울림, 성량이 큰 소프라노 가수의 노래 소리에 의해 방안의 포도주 잔이 깨어지는 현상 등에서도 찾을 수 있다. 또, 대부분의 악기들이 껴울림을 적극적으로 활용하고 있다. 역학적인 떨림 이외에도 LCR 전기 흐름길에서의 전기적인 껴울림은 날카로운 떨기 수 의존 특성 때문에 라디오나 텔레비전 등에서 미약한 전기 신호를 포착하는 용도에 널리 쓰인다. 이외에도 원자나 분자의 껴울림은 원자와 분자의 상태를 조사하는 중요한 도구가 된다. 이 실험에서는 떨개에 부착된 줄의 떨기를 조사하여 껴울림 현상을 이해한다.
2.실험 원리
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2014.04.18
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