일반물리학실험 | 줄의 진동(줄의 파형)

 

 

 

TIP

 

 

도르래와 질량 추를 이용하여 줄에 장력을 만들어주고 모터의 전압을 조절하여 진동수를 변화시켜주며 정상파를 관찰한다.

 

 

 

양쪽 끝이 고정된 줄(String)을 진동시키면 줄을 따라 진동수와 진폭이 같은 두 파동이 양 끝에서 반사되어 서로 반대 방향으로 진행하게 된다. 이러한 파동은 일반적인 간섭법칙에 따라 결합하는데 어떤 조건(공명) 하에서는 정상진동의 형태인 정상파(Standing Wave)가 생긴다. 즉, 기본주파수 또는 그 정수배로 줄을 진동시키면 줄 내에서 정상파가 형성되고 이때 높은 주파수를 배음(harmonics)이라 부른다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 장비를 [그림1]과 같이 설치한다. 테이블의 양 끝에 테이블 클램프를 설치하고 왼쪽에는 지지대, 오른쪽에는 도르래를 설치한다.

 

그림 1 줄의 파형 실험장치

 

주파수변화(길이와 장력 고정)에 따른 줄의 진동

2) 줄을 지지대에 걸고 구동플러그의 홈에 끼운다.

 

3) 줄이 수평이 되도록 왼쪽 고정점과 도르래의 위치를 잘 조절한다. 자를 사용하 여 줄의 왼쪽, 오른쪽 높이가 같은가를 확인한다.

 

4) 함수발생기의 출력 파형은 사인 파형으로 설정하고, 전원을 켠다.

 

5) 질량 100g을 매달고 줄자로 줄의 길이(L)를 측정하고 기록한다.

 

6) 주파수에 대한 줄의 진동양상을 관찰한다.

 

7) 줄이 어떤 주파수에서 기본모드(중앙에 1개의 배만 형성)로 진동하는가를 알아보 기 위해 주파수를 1Hz씩 증가시키면서 진동을 관찰한다. 진폭이 근방의 주파수 에 비해 대략 최대가 되는 지점에서 0.1Hz씩 변화시켜가며 더욱 주의 깊게 관찰 하여 기본진동이 될 때의 주파수를 결정한다.

 

8) 주파수를 변화시키며 배진동(n = 2, 3, 4)이 형성되는 주파수를 찾아내고 기록한 다.

 

9) 질량을 200g으로 바꾸고 위의 과정을 반복하여 실험해 보고 데이터를 기록한다.

 

길이변화(주파수와 장력 고정)에 따른 줄의 진동

10) 신호발생기에서 주파수를 120Hz로, 질량은 100g으로 고정한다.

 

11) 진동하는 파형구동자를 잘 잡고 줄을 따라 직선상에서 천천히 움직이며 줄의 진동양상을 관찰한다. 이때 정상파가 지지대측 줄의 진동에 의해 다시 영향을 받지 않도록 줄을 손으로 눌러준다.

 

12) 기본진동을 일으킬 때의 줄의 길이를 자로 측정한다.

 

13) 진폭 차이가 미소할 때 검은 종이판을 배경으로 사용하여 주의 깊게 관찰하고 n = 2, 3, 4일 때, 줄의 길이를 차례로 측정하여 데이터를 기록한다.

 

 

 

[일반물리학실험]줄의 진동(줄의 파형) 레포트