[일반물리학실험] 음파의 성질 결과보고서

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목적
속이 빈 관 속에서 파의 ‘공명 현상’을 이해하고 이를 통하여 공기중에서의 음파의 파장과 속도를 측정한다.

2. 실험 원리
기체속에서 압력의 변화가 생기면 기체의 밀도도 압력에 따라서 같은 형태의 요동을 한다. 이러한 요동은 기체를 따라서 파동의 형태로 전파하게 되는데 이것이 ‘소리’ 이다. 다시 말하자면 기체 속에서의 음파는 기체를 따라 전파되는 팽창과 압축의 연속적인 결과로 이루어진 파동이고, 전파방향과 진동방향이 같은 ‘종파’ 이다.

Figure 1 (a)한쪽이 막힌 경우, (b)양 쪽이 모두 열린 경우에서의 공명 조건
위의 그림과 같이 한쪽 끝이 닫혀 있는 관의 경우에 스피커를 이용하여서 관속의 공기를 진동 시키면 관의 길이 방향으로 전파되는 음파가 생기게 된다. 공기 기둥의 길이 L을 피스톤으로 조절한 후에 스피커의 표면을 진동 시키면, 종파인 음파가 공기 기둥의 길이 방향으로 속도 v로 진행하는데, 이때 음파가 공기 기둥의 끝인 피스톤을 만나게 되면 반사되어 나온다. 따라서 음파의 파장을 로 나타내면 이웃하는 마디들 사이의 거리는 가 된다. 그러므로 위 그림으로부터 ‘정상파’ 가 형성될 조건은
L = ( + ) (n = 0, 1, 2, 3, ……) …………. (1.1)
이 되며, 따라서 정상파의 허용된 진동수는

= = (2n+1) = , , , … ………. (1.2)
이다. 한쪽 끝이 닫혀 있는 관의 경우 기본 진동수 = /4L 의 홀수 조화파만 정상파를 이룬다. 공명이 일어나게 되면 입사파와 반사파의 간섭에 의해 음파는 진행파가 되지 않게 되며, 파의 진폭은 시간에는 무관하고 위치만의 함수로 주어지는 정상파가 된다.
피스톤 표면에서 입사파와 반사파의 위상차는 이므로 변위의 진폭이 최소인 마디 가 되고, 공기 기둥의 끝은 변위의 진폭이 최대인 ‘배’ 가 된다.

참고 자료

일반물리학 실험 5판, 제2장, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2018년