일반물리학실험 | 소리의 도플러 효과

 

 

 

TIP

 

 

1. 소리의 도플러효과를 관찰하고 변화된(shifted) 주파수를 측정한다. 
2. 초음파 음원의 속도와 주파수 변화 사이의 비례관계를 확인

 

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 음원이 관측자 방향으로 이동하고 관측자는 정지해 있는 경우

① 트랙(이송장치)과 발신기, 수신기, 주파수 카운터, 포토게이트 타이머 세트를 준비한다.

 

② 발신기와 수신기를 주파수 카운터와 연결하고 트랙에 조립한다.트랙에 조립할 때 레일 위의 이송장치에 발신기를 고정하고 끝 단의 고정대에 수신기를 고정한다.

 

③ 트랙에 전원코드를 연결하고 전원을 켠 후 발신기를 수신기 쪽 가까운 위치로 이동시킨다.

 

④ 포토게이트 타이머의 전원을 연결한 후 MEASURMENT를 눌러 Time을 선택한 후 MODE를 눌러 Two-Gate를 선택한다. 먼저 발신기가 오른쪽 방향 이동할 때(수신기에서 발신기가 멀어질 때)를 특정하기 위해 수신기 가까운 쪽의 포토게이트 센서를 포토게이트 타이머 1번에 연결하고 먼쪽의 포토게이트 센서를 2번에 연결한 후 START/STOP 버튼을 누른다.(화면에 느낌표가 표시되면 측정 가능하다.)

 

⑤ 포토게이트 센서 사이의 거리를 약 50～60㎝로 맞춘 후 이송장치의 속도 조절을 위해서 트랙 중앙의 볼륨을 조절하여 원하는 시간동안 이동하도록 한다.

 

⑥ 주파수 카운터의 전원을 연결한 후 전원을 켜고 오른쪽 하단의 RX power 버튼을 길게 눌러 Mermory를 Reset 한 후 다시 한번 눌러서 측정을 시작한다.(화면에 숫자가 카운터 되면서 Start가 표시되면 측정이 시작된다.

 

⑦ 주파수 카운터에 Start가 표시되면 약 3초 후에 트랙의 중앙에 위치한 Right 버튼을 눌러 발신기를 이동시킨다.

 

⑧ 발신기가 오른쪽을 이동하여 멈춘 후에 RX Power 버튼을 길게 눌러 Mermory를 멈춘다.

 

⑨ 화면에 저장된 주파수가 표시되며, 왼쪽과 오른쪽 상단의 화살표 버튼을 눌러서 확인한다.

 

⑩ 고정 주파수 (f₀)는 발신기가 움직이기 전의 주파수로서 저장된 주파수의 평균을 기록한다.

 

⑪ 고정 주파수 (f₁)는 발신기가 움직인 후의 변화된 주파수로서 저장된 주파수의 평균을 기록한다. (주파수는 1초단위로 측정되며 주파수가 균일하게 변화한 값의 평균을 기록한다.) 왼쪽 방향으로 이동할 때(수신기과 발신기가 가까워 질 때)를 측정하기 위해서 포토게이트 센서를 반대로 연결한 후 START/STOP 버튼을 눌러서 측정을 시작한다.

⑫ ⑦～ ⑫ 과정을 반복한다.(반대 방향으로 이동하므로 트랙의 중앙에 위치한 Left 버튼을 누른다.)

 

⑬ 속도 단계를 조절하여 ⑥ ～⑭의 과정을 반복한 후 기록한다.

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2) 음원은 정지해 있고 관측자가 전파방향으로 이동하는 경우

① 트랙(이송장치)과 발신기, 수신기, 주파수 카운터, 포토게이트 타이머 세트를 준비한다.

 

② 발신기와 수신기를 주파수 카운터와 연결하고 트랙에 조립한다.트랙에 조립할 때 레일 위의 이송장치에 수신기를 고정하고 끝 단의 고정대에 발신기를 고정한다.

 

③ 트랙에 전원코드를 연결하고 전원을 켠 후 수신기를 발신기 쪽 가까운 위치로 이동시킨다.

 

④ 포토게이트 타이머의 전원을 연결한 후 MEASURMENT를 눌러 Time을 선택한 후 MODE를 눌러 Two-Gate를 선택한다.

 

⑤ 먼저 발신기가 오른쪽 방향 이동할 때(발신기에서 수신기가 멀어질 때)를 특정하기 위해 발신기 가까운 쪽의 포토게이트 센서를 포토게이트 타이머 1번에 연결하고 먼쪽의 포토게이트 센서를 2번에 연결한 후 START/STOP 버튼을 누른다.(화면에 느낌표가 표시되면 측정 가능하다.)

 

⑥ 포토게이트 센서 사이의 거리를 약 50～60㎝로 맞춘 후 이송장치의 속도 조절을 위해서 트랙 중앙의 볼륨을 조절하여 원하는 시간동안 이동하도록 한다.

 

⑦ 주파수 카운터의 전원을 연결한 후 전원을 켜고 오른쪽 하단의 RX power 버튼을 길게 눌러 Mermory를 Reset 한 후 다시 한번 눌러서 측정을 시작한다

 

⑧ 주파수 카운터에 Start가 표시되면 약 3초 후에 트랙의 중앙에 위치한 Right 버튼을 눌러 수신기를 이동시킨다.

 

⑨ 수신기가 오른쪽을 이동하여 멈춘 후에 RX Power 버튼을 길게 눌러 Mermory를 멈춘다.

 

⑩ 화면에 저장된 주파수가 표시되며, 왼쪽과 오른쪽 상단의 화살표 버튼을 눌러서 확인한다.

 

⑪ 고정 주파수 (f₀)는 수신기가 움직이기 전의 주파수로서 저장된 주파수의 평균을 기록한다.

 

⑫ 고정 주파수 (f₁)는 수신기가 움직인 후의 변화된 주파수로서 저장된 주파수의 평균을 기록한다.(주파수는 1초단위로 측정되며 주파수가 균일하게 변화한 값의 평균을 기록한다.)

 

⑬ 왼쪽 방향으로 이동할 때(발신기과 수신기가 가까워 질 때)를 측정하기 위해서 포토게이트 센서를 반대로 연결한 후 START/STOP 버튼을 눌러서 측정을 시작한다.

 

⑭ ⑦～ ⑫ 과정을 반복한다.(반대 방향으로 이동하므로 트랙의 중앙에 위치한 Left 버튼을 누른다.)

 

⑮ 속도 단계를 조절하여 ⑥ ～⑭의 과정을 반복한 후 기록한다.

 

 

 

[일반물리학실험]소리의 도플러 효과 레포트