[일반물리학실험] 공명 실험

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[일반물리학실험] 공명 실험
[일반물리학실험] 공명 실험

1. 실험 제목 : 공명

2. 실험 목적 : 플라스틱 공명관의 공기기둥의 음파 공명진동수를 구하고 정상파의 골과 마루의 위치를 측정하여 음파의 파장과 음속을 측정한다.

3. 관련 이론

A. 공명관에서의 정상파

줄에서 들어가는 파와 끝단에서 반사해서 나오는 두 개의 파가 서로 간섭하여 정상파를 형성한다. 줄에서 형성되는 정상파에는 움직이지 않는 지점인 골과 파동에 의해 움직이는 지점인 마루가 있으며 이곳에서 진폭은 시간에 따라 상하로 진동한다.
마찬가지로 공명관에서도 골과 마루가 형성되는데 음파의 진폭이 각각 최소치와 최대치를 갖는다. 두 개의 파가 180〬 만큼의 위상차를 갖게 되는 지점에선 상쇄간섭으로 골이 형성되며 위상이 같은 곳에서는 마루가 형성된다.
공명관에서의 정상파는 이러한 골과 마루의 위치를 갖게 된다. 음파의 반사는 공명관의 끝이 막혀있을 때나 열려 있을 때 모두 일어난다. 막혀 있는 곳에서는 골을 형성하고 열려있는 곳에서는 마루를 형성한다.

B. 공명

특정한 진동수에서 모든 반사파들의 위상이 동일하게 되어 아주 높은 진폭의 정상파를 형성하는데 그것을 바로 공명이라 한다.
소리의 파장을 라 하고 공명장치의 길이를 L이라 하면 공명관 공명조건은 다음과 같이 주어진다.

(양쪽 다 막혀 있거나 양쪽 다 열려 있을 때)
(한 쪽만 막혀 있을 때)
n=1,2,3.... 전파속도

n=1일 때 위의 공진조건을 만족하는 파장/주파수를 기본 파장/주파수라 하고, 이는 주어진 경계조건에서 나올 수 있는 가장 긴 파장/낮은 주파수가 되고, n=2일 때를 배진동 또는 1st overtone이라 한다. 일반적인 n에서는 n번째 배진동 또는 (n-1)th overtone이 된다.
지름이 d인 관의 경우 좀 더 정확한 공식은 다음과 같다.

(양쪽이 모두 열려 있을 때)
(한 쪽만 막혀 있을 때)

C. 음파

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