[물리실험] 정상파 실험

[물리실험] 정상파 실험

[실험1] 진동발생기를 이용한 줄의 정상파와 고리의 정상파

1) 줄에 생긴 정상파

줄 84.5 ㎐ 일 때 한파장을
이루며 정상파가 생겼다. 이 때, 줄의 길이가 한파장이 되며 줄의 길이는 30cm 이였다. 즉, 실험에 의해 측정된 파동의 속도는 v = 0.3m x 84.5㎐ = 25.35m/s 이라는 것을 알 수 있다.

2) 고리에 생긴 정상파

반지름이 11.5cm 인 둥근 고리에 43㎐의 함수발생기를 연결하였더니 한 파장 반의 정사가 생겼다.

[실험2] 진동판을 이용한 모래의 진동

여러 가지 진동수에 따라 판의 진동에 의해 모래가 만드는 여러 가지 모양을 관찰 할 수 있었다. 이 모양을 클라드니 무늬라고 하며 판이 움직이지 않는 부분(마디부분)에 모래가 많이 모여서 이런 모양이 만들어짐을 알 수 있다.

[실험3] 스피커를 이용한 파장구하기

함수발생기의 진동수 : 4㎑

1) 마이크를 이동하여 파장 측정

- 두 스피커 사이의 간격 : 60cm
- 측정된 마디와 마디 사이의 간격 : 4.8cm
- 소리의 속도 : 384m/s

2) 마이크는 고정하고 스피커를 이동하여 파장 측정

- 마이크와 고정된 스피커 사이의 간격 : 10cm
- 측정된 한 파장의 길이 : 9cm
- 소리의 속도 : 360m/s

[실험4] 막힌 관에서의 정상파 실험

함수발생기의 진동수 : 2㎑

마디	마디	간격
115cm	124cm	9cm
133cm	142cm	9cm

1) 압력에 따른 소리 속도

먼저 질소가스를 많이 넣어 압력을 높인 후 질소가스를 빼 내면서 압력을 줄였다.

압력	반파장	실헙값(속도)
0.4MPa	9cm	360m/s
0.3MPa	9cm	360m/s
0.2MPa	9cm	360m/s
0.1MPa	9cm	360m/s

⇒ 압력에 따른 파장의 길이 변화는 거의 없었다. 따라서 압력은 소리의 속도에 영향을 주지 못한다.

2) 온도에 따른 소리 속도

※ 온도에 따른 소리의 속도 : v = 331m/s + 0.6 x 온도

온도	반파장	실험값(속도)	이론값(속도)
26℃	9cm	360m/s	346.6m/s
40℃	10cm	400m/s	355m/s
50℃	10.5cm	420m/s	361m/s

⇒ 온도가 높아짐에 따라 파장이 길어지고 속도가 빨라짐을 알 수 있다.

실험결과 분석 및 토의

줄 파동의 속도나 소리의 속도를 측정할 수 있어서 흥미로운 실험이었다. 특히 소리의 속도를 측정하는데 있어서 외부의 요인에 많은 영향을 받아서 실험적 오차가 많았을 것 같다.

다른 조와는 달리 파장을 측정할 때 배 부분을 측정하지 않고 마디부분을 측정하였는데 오실로스코프에 마디 부분의 파형이 완벽하게 일직선이 되지 않아서 마디 부분의 측정에 있어서 오차가 더해졌을 것 같다. 함수발생기에서 나오는 파형과 마이크에 입력되는 파형을 동시에 오실로스코프를 통해 봄으로써 정확하게 파동의 배 부분을 측정하는 것이 실험의 오차를 줄일 수 있을 것이라는 생각이 들었다.

또한 온도에 따른 소리의 속도 측정은 외부의 온도와 관의 온도차가 심해서 과연 온도계로 측정한 온도가 관 내부의 온도라고 할 수 있을지 의문이 들기도 했다. 그리고 온도가 적당한 온도로 올라가는지 알아보는 것은 디지털 온도계보다 그냥 유리관으로 만들어진 온도계가 더 좋을 것 같다는 생각이 든다. 관 내부의 온도를 모두 동일한 온도로 높이는 것을 잘 조정하지 못한 것이 미숙했던 점이라고 생각한다. 실험실의 온도를 측정하여 미리 대조군을 두었어야 하는데 미처 생각하지 못하여 실험실에서의 소리의 속도와 비교하지 못한 것이 조금 아쉽다.

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