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일반물리학 실험 - 공명
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1. 제목 : 공명
2. 목적 : 음파에 의해 플라스틱 공명관의 기주에 형성된 정상파로부터 공명진동수를 구하고 진폭의 최고점 및 최저점의 위치를 측정하여 파장을 계산함으로써 음속을 측정한다.
3. 이론 : A. 공명관에서의 정상파
정상파는 줄에서 들어가는 파와 나오는 파 두 개가 서로 간섭하여 발생한다. 따라서 공명장치를 통한 음파의 반사에 의해서도 정상파가 형성될 수 있다. 줄에서 형성되는 정상파에는 움직이지 않는 지점인 골과 파동에 의해 움직이는 지점인 마루 가 있으며 이 곳에서 진폭은 시간에 따라 상하로 진동한다.
마찬가지로 공명관에서의 음파에 대해서도 골과 마루가 형성되는데 이 곳에서는 음파의 진폭이 각각 최소치와 최대치를 가진다, 즉 두 개의 파가 서로 180도 만큼의 위상차를 가지게 되는 지점에서는 상쇄 간섭으로 진폭이 최소가 되는 골이 되고 위상이 서로 같을 때는 보강간섭으로 마루가 된다. 공명관에서의 음파는 이러한 골과 마루의 위치를 가지게 된다. 음파의 반사는 공명관의 끝이 막혀 있을 때나 열려 있을 때 모두 일어난다. 만일 한쪽이 막혀 있다면 파는 진행할 곳이 없게 되어 그 곳에서 골을 형성하고 열려 있다면 그 반대의 현상이 일어나게 된다.
B. 공명
위에서 언급된 바와 같이 파동이 한쪽 끝에서 반사되어 원래의 파와 간섭할 때 정상파가 발생한다. 그러나 음파는 실제로 무수히 많이 앞뒤로 반복 하므로 이런 여러 개의 반사파들이 서로 간섭하게 된다. 일반적으로는 이렇게 집합적으로 반사된 파들은 항상 동일한 위상을 지니지는 않는다. 따라서 간섭에 의해 생긴 정상파의 진폭도 완전 보강간섭 때의 크기보다는 작게 된다.
그러나 특정한 진동수에서는 모든 반사파들의 취상이 동일하게 되어 아주 높은 진폭의 정상파를 형성하는데 이것을 공명이라 한다. 공명조건은 다음과 같이 주파수보다는 파장에 의해 쉽게 이해되어진다. 소리의 파장을 라 하고 공명장치의 길이를 L이라 하면 공명조건은 다음과 같이 주어진다.
(양쪽 다 막혀 있거나 열려 있을 때)
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2014.05.23
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