소리의 속도, 일반물리학 실험 Down
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소리의 속도, 일반물리학 실험
소리의 속도, 일반물리학 실험
소리의 속도
1. 목적
소리굽쇠나 음파발생기에서 발생된 특정 진동수의 음파로 기주를 공명시켜 그 소리의 파장을 측정함 으로써 공기 중에서의 음속을 측정한다.
2. 관련이론
진동수 f인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 λ라 하고, 이 파동이 공기 중에서 전파되는 속도를 v라 할 때 다음 관계식이 만족된다.
진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한 쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어 있는 기주를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동 때와 같은 정상파가 생긴다. 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 따라서 소리굽쇠가 공기 중에서 발생시키는 소리의 파장 λ는
이며, 위 두 식을 정리하면
이 된다. 여기서 은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다. 관 끝에서 첫 번째 공명 위치까지의 길이는 λ/4에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작다. 이는 첫 번째 정상파의 배가 관의모양, 크기 등에 따라서 관 끝보다 조금 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관 끝에서부터 배까지의 거리 δ와 관의 내반경 r의 비(끝보정), 즉 δ/r 은 약 0.55-0.85이다. 공기 또는 어떤 기체 중에서의 음속은 다음 식에 의하여 매질의 물리적 성질에 관계된다.
압력 P와 밀도 d는 절대단위이고, k는 정압비열 대 정적비열의 비인 상수이다(공기에 대해 k=1.403이다). P가 , d가 의 단위일 때 v는 cm/sec의 단위를 가진다.
기체의 밀도는 온도의 상승에 따라 감소하므로 온도가 높아질수록 음속이 커지는 것은 명백하다. 위의식은 기체의 팽창법칙(샤를의 법칙)이며, 여기서 V는 t℃ 일 때 기체의 부피이고 는 0℃에서의 기체의 부피이다. a는 기체의 팽창계수로서 이다.
3. 실험방법
소리굽쇠를 이용한 방법
1. 기주공명장치에 물을 채운다. 이때 물통을 위 아래로 움직여서 관 속의 물이 꼭대기에서 아래까지 움직일 수 있도록 물의 양을 조절한다.
2. 실험실의 온도 t를 측정한다.
3. 소리굽쇠의 진동을 방해하지 않도록 소리굽쇠의 손잡이를 잡고 고무망치로 때려서 진동을 시킨 후 유리판으로부터 약 1cm 내로 가깝게 붙인다. 물통을 위 아래로 움직여 유리관 내부의 물높이를 변화시켜보면 어느 지점에서 소리가 갑자기 커지는 공명현상을 확인하게 될 것이다.
4. 공명지점은 최소 두 군데 이상 발견하여, 이웃한 두 지점을 찾아 기록한다. 이때 음차에 가운 쪽에서 발견되는 공명지점의 수위를 , 그 다음 지점의 수위를 이라 하고 같은 방법으로 여러 번 측정하여 그 평균을 구한다. 꼭 첫 번째와 두 번째 공명지점을 찾을 이유는 없으나 반드시 바로 이웃한 공명지점을 찾아야 한다.
5. 반파장의 길이 λ/2 는 이 된다. 따라서 파장 이다.
6. 실온 t℃일 때의 음속 를 계산한다.
7. 위의 측정값으로 0℃일 때의 음속 를 계산한다.
▶ 실험에서의 주의사항
→ 물통에 물을 필요 이상으로 많이 채우면 실험실 바닥에 물이 흘러 넘칠 수 있으며, 이는 감전이나, 장비에 손상을 가져올 수 있으므로 각별히 주의한다.
→ 음파발생기 내부로 물이나 이물질이 들어갈 경우 장비손상의 원인이 되므로 주의한다.
→ 다양한 매질(고체, 액체, 기체) 내에서의 음속이 부록에 나와 있으므로 참고하라.
4. 실험결과
1. 실험값
음파발생기의 진동수(Hz) f=80
실내온도(℃) t=26
공
명
점
위
치
횟수
1
78
80
2
77
79
3
79
81
4
78.5
80.5
5
78
80
평균
78.1
80.1
2. 계산 및 결론
파장
실온에서의 음속
0℃에서의 음속(실험값)
0℃에서의 음속(문헌값)
%오차 = 11.9%
3. 검토
`` 소리굽쇠를 칠 때 강도도 달라질 수 있고 그에따라 진동수도 달라 질 수 있기 때문에 오차가 났다.
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=17033473&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
문서분량 : 4 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 소리의 속도, 일반물리학 실험
파일이름 : 소리의 속도, 일반물리학 실험.hwp
키워드 : 소리,속도,일반물리학,실험,소리의
자료No(pk) : 17033473
소리의 속도, 일반물리학 실험
소리의 속도, 일반물리학 실험
소리의 속도
1. 목적
소리굽쇠나 음파발생기에서 발생된 특정 진동수의 음파로 기주를 공명시켜 그 소리의 파장을 측정함 으로써 공기 중에서의 음속을 측정한다.
2. 관련이론
진동수 f인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 λ라 하고, 이 파동이 공기 중에서 전파되는 속도를 v라 할 때 다음 관계식이 만족된다.
진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한 쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어 있는 기주를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동 때와 같은 정상파가 생긴다. 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 따라서 소리굽쇠가 공기 중에서 발생시키는 소리의 파장 λ는
이며, 위 두 식을 정리하면
이 된다. 여기서 은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다. 관 끝에서 첫 번째 공명 위치까지의 길이는 λ/4에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작다. 이는 첫 번째 정상파의 배가 관의모양, 크기 등에 따라서 관 끝보다 조금 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관 끝에서부터 배까지의 거리 δ와 관의 내반경 r의 비(끝보정), 즉 δ/r 은 약 0.55-0.85이다. 공기 또는 어떤 기체 중에서의 음속은 다음 식에 의하여 매질의 물리적 성질에 관계된다.
압력 P와 밀도 d는 절대단위이고, k는 정압비열 대 정적비열의 비인 상수이다(공기에 대해 k=1.403이다). P가 , d가 의 단위일 때 v는 cm/sec의 단위를 가진다.
기체의 밀도는 온도의 상승에 따라 감소하므로 온도가 높아질수록 음속이 커지는 것은 명백하다. 위의식은 기체의 팽창법칙(샤를의 법칙)이며, 여기서 V는 t℃ 일 때 기체의 부피이고 는 0℃에서의 기체의 부피이다. a는 기체의 팽창계수로서 이다.
3. 실험방법
소리굽쇠를 이용한 방법
1. 기주공명장치에 물을 채운다. 이때 물통을 위 아래로 움직여서 관 속의 물이 꼭대기에서 아래까지 움직일 수 있도록 물의 양을 조절한다.
2. 실험실의 온도 t를 측정한다.
3. 소리굽쇠의 진동을 방해하지 않도록 소리굽쇠의 손잡이를 잡고 고무망치로 때려서 진동을 시킨 후 유리판으로부터 약 1cm 내로 가깝게 붙인다. 물통을 위 아래로 움직여 유리관 내부의 물높이를 변화시켜보면 어느 지점에서 소리가 갑자기 커지는 공명현상을 확인하게 될 것이다.
4. 공명지점은 최소 두 군데 이상 발견하여, 이웃한 두 지점을 찾아 기록한다. 이때 음차에 가운 쪽에서 발견되는 공명지점의 수위를 , 그 다음 지점의 수위를 이라 하고 같은 방법으로 여러 번 측정하여 그 평균을 구한다. 꼭 첫 번째와 두 번째 공명지점을 찾을 이유는 없으나 반드시 바로 이웃한 공명지점을 찾아야 한다.
5. 반파장의 길이 λ/2 는 이 된다. 따라서 파장 이다.
6. 실온 t℃일 때의 음속 를 계산한다.
7. 위의 측정값으로 0℃일 때의 음속 를 계산한다.
▶ 실험에서의 주의사항
→ 물통에 물을 필요 이상으로 많이 채우면 실험실 바닥에 물이 흘러 넘칠 수 있으며, 이는 감전이나, 장비에 손상을 가져올 수 있으므로 각별히 주의한다.
→ 음파발생기 내부로 물이나 이물질이 들어갈 경우 장비손상의 원인이 되므로 주의한다.
→ 다양한 매질(고체, 액체, 기체) 내에서의 음속이 부록에 나와 있으므로 참고하라.
4. 실험결과
1. 실험값
음파발생기의 진동수(Hz) f=80
실내온도(℃) t=26
공
명
점
위
치
횟수
1
78
80
2
77
79
3
79
81
4
78.5
80.5
5
78
80
평균
78.1
80.1
2. 계산 및 결론
파장
실온에서의 음속
0℃에서의 음속(실험값)
0℃에서의 음속(문헌값)
%오차 = 11.9%
3. 검토
`` 소리굽쇠를 칠 때 강도도 달라질 수 있고 그에따라 진동수도 달라 질 수 있기 때문에 오차가 났다.
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=17033473&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
문서분량 : 4 Page
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자료제목 : 소리의 속도, 일반물리학 실험
파일이름 : 소리의 속도, 일반물리학 실험.hwp
키워드 : 소리,속도,일반물리학,실험,소리의
자료No(pk) : 17033473
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