Transcript 공기중의소리측정

공기 중의 음속 측정
1.실험 목적
진동수를 알고 있는 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜서
그 소리의 파장을 측정함으로써 공기중의 음속을 측정한다.
2.실험 기구
고무망치
기주공명 실험장치
3.실험 이론
• 공명 : 진동계가 그 고유진동수와 같은 진
동수를 가진 외력(外力)을 주기적으로 받아
진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 가리킨
다.
• 정상파 : 서로 마주보고 달려오는 조화파의
파장과 진폭이 같을 때 두파가 겹쳐지는 부
분에서 마치 공간에 파동이 머무르고 있는
듯한 양상을 보이는 현상의 파동
그림1
그림 1 에서와 같이 소리굽쇠의 파동과 폐관의 파동을 일치하지 않는다.
그러나 물의 높이를 조절하여 폐관의 길이를 바꾸어주면 소리굽쇠의 진
동과 폐관의 진동을 일치시킬 수 있다.
이때를 공명상태라고 한다. 다시 말해 공명상태(물의 높이를 바꾸면서
큰 소리가 나는 순간)를 만들어서 폐관의 진동수와 소리굽쇠의 진동수를
일치시켜 소리가 커지는 눈금을 읽어 측정한다.
• 첫 번째 공명의 경우 폐관
의 길이가 L이라면 파장
(λ)은 4L이 된다.
• 공기의 속력이 V라고 하면
진동수는 V=fλ에서
f=V/λ=V/4L 이 된다.
• 두 번째 공명의 경우 폐관
의 길이가 L'라면 파장(λ')
은 4/3 L'가 된다.
• L'=3L 이므로 파장은 변
하지 않는다.
• 파장이 변하지 않으므로
진동수도 변하지 않는다.
•정리하자면, L'-L = 3λ/4 - λ/4 = λ/2
따라서 λ= 2(L'-L)이 된다.
∴V = f×λ = 2 f (L'-L)
4.실험 방법
1) 기주 공명장치에 물을 가득 채 운 후 물통을 상하로 움직여서 물이
넘치지 않도록 물의 양을 조절한다. (물통고정 걸이에서 물통을 분리한
후에 물의 양을 조절하고 공명점을 찾을 때에도 물통을 손에 들고 실험
한다.)
2) 소리굽쇠를 기주의 입구로 부터 약 1cm 위에 수직 방향으로 고정시킨
다.
3) 고무망치의 넓은 부위로 소리굽쇠를 때려 진동시킴과 동시에 물통을
서서히 내린다.
4) 이때 소리가 가장 크게 울리는 공명점을 찾아 기록한다. (최초의 공명
점을 기준으로 y0, y1, y2, y3 순으로 기록한다.)
( TIP )
소리굽쇠를 진동 시킨 후 물통을 바닥까지 내리면 기주관의 수면이 급하
게 하강한다. 이때 소리가 크게 들리는 지점(4구간)을 간단히 파악한 후
에 파악된 임의의 구간 근처에 기주관의 수면이 오게끔 물통을 조절하여
물통을 위아래로 조금씩 움직이면 보다 정확한 공명점을 찾을 수가 있다.
5) 진동수가 다른 소리굽쇠를 고정시킨 후 1) ~ 4) 실험을 반복한다.
6)기록한 측정값에서 y3-y2, y2-y1, y1-y0 은 반파장의 길이와
같으므로 파장은
λ = 2[(y3-y2)+(y2-y1)+(y1-y0) / 3]
6) 위에서 구한 소리굽쇠의 파장에 각각의 소리굽쇠의 진동수를 곱하고
공기 중의 소리속도(340m/s)와 비교하여 백분율 오차를 구한다.