물리 및 실험 - 음속측정

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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)

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