일반물리학실험 | 줄의 정상파

 

 

 

TIP

 

 

1. 줄의 진동수에 따른 파형과 파장을 관찰하고, 파장의 속력을 계산하여 줄의 장력과 진동수에 따른 속력 변화를 관측한다.  
2. 본 실험은 진동하는 줄에서 일어나는 정상파의 파형을 관찰하고 정상파의 전파 속도와 줄의 장력, 줄의 밀도와의 관계를 찾아보는 것을 목적으로 둔다.

 

 

파동

파동은 한 지점에서 일어난 진동이 주변으로 전파되는 것을 말한다. 파장이란 파동이 가장 높은 변위인 마루와 마루사이의 거리 혹은 가장 낮은 변위인 골과 골 사이의 거리를 말하며, 파장의 SI단위는 m이다. 단위길이에 들어가는 파장의 개수를 파수라고 하고, 파동의 같은 위상이 반복되는 시간 간격을 주기하고 한다. 단위시간 동안 같은 위상이 반복되는 횟수를 진동수라 하며, 진동수(f)=1/주기(T)으로 나타낸다.

 

파동은 역학적 파동과 전자기파로 나눌 수 있다. 역학적 파동은 일상생활에서 흔히 접하는 파동으로서 수면파, 음파, 지진파 등이 속한다. 이 파동은 두 가지 중요한 특징을 갖고 있다. 역학적 파동은 뉴턴의 운동법칙으로 결정되며, 물, 공기, 바위 같은 물질로 이루어진 매질 안에서만 존재한다.

 

 

정상파

양쪽 끝이 고정된 줄을 진동시키면 줄을 따라 진동수와 진폭이 같은 두 파동이 양 끝에서 난사되어 서로 반대 방향으로 진행한다. 이러한 파동은 일반적인 간섭법칙에 따라 결합한다. 어떤 조건(공명)하에서는 정상 진동의 현태인 정상파가 생긴다.

 

팽팽하게 고정된 줄에 단조화 진동을 가하면 사인파동이 생성되고, 파장, 진폭이 같은 줄의 끝부분에서 반사되어 위상 차가 인 뒤집힌 위상을 가지고 반대 방향으로 진행하는데, 이들은 서로 중첩되어 간섭을 일으키고 특정한 진동수에서는 서로 반대 방향으로 진행하는 파동이 중첩되어 마치 파동이 정지한 것처럼 보이는 파동이 생성된다. 이를 정상파 또는 정지파라고 한다.

728x90

 

 

 

실험 방법

1. 정상파 패턴 관찰

1) 진동생성기와 스탠드 로드를 줄로 연결한다. 이때 줄의 길이는 1m가 되도록 하고 줄을 팽팽하게 고정시킨다.

 

2) 진동생성기의 바나나잭 단자에 선을 연결하고 신호 생성기의 반대쪽 선을 연결한다. (초기 진동수를 약 5Hz로 바꾼다.)

 

3) 줄에서 기본 진동이 나타날 때까지 진동수를 조절한다.

 

4) 줄의 길이를 변경하지 않고 2배 진동이 나타날 때까지 진동수를 증가시킨다. 이때의 파형을 기록한다.

 

5) 이 과정을 5배 진동이 만들어질 때까지 계속한다.

 

2. 파동의 속도에 미치는 요인

1) 실험1와 마찬가지로 줄을 진동생성기에 연결한다.

 

2) 추걸이를 줄에 연결하여 도르래 윗부분에 걸친다.

 

3) 실험1에서와 같이 진동수를 조절하여 2배 진동 지점을 찾고 이대의 진동수를 기록한다.

 

4) 줄의 장력을 증가시키기 위해 추의 질량을 증가시키고 2배 진동이 나타나도록 진동수를 조절한다.

 

5) 5회의 데이터를 얻을 때까지 반복하며 추의 무게를 바꿔간다.

 

 

 

[일반물리학실험][일반물리학실험]줄의 정상파 레포트