일반물리학실험 | 음파와 맥놀이

 

 

 

TIP

 

 

1. 소리굽쇠로부터 나오는 음파의 주기와 진동수를 측정한다.
2. 소리굽쇠로부터 나오는 음파의 진폭을 측정한다.
3. 두 개의 소리굽쇠 소리 사이의 맥놀이를 관찰한다.

 

 

 

파동

물질의 한 부분에서 생긴 진동 상태가 물질을 따라 주위로 퍼져 나가는 현상.

 

 

1. 마루와 골 : 매질의 변위가 위쪽으로 최대인 곳 을 마루, 아래쪽으로 최대인 곳을 골 이라 한다.

2. 진폭(A) : 파동의 진동 중심에서 마루나 골까 지의 거리로 변위의 최대값을 말한 다.

3. 파장(λ) : 매질이 1회 진동하는 동안에 파동이 진행한 거리로 마루와 마루, 또는 골 과 골 사이의 거리와 같다.

4. 주기(T) : 매질이 1회 진동하는 데 걸리는 시간, 즉 한 파장이 진행하는 데 걸리는 시간을 말 한다.

5. 진동수(주파수)(f) : 주파수와 같은 의미이며, 매질이 1초 동안에 진동하는 횟수로 1초 동안에 만들어진 파의 수와 같다.

 

728x90

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

SoundWave 프로그램을 이용한 실험 과정

① SoundWave 프로그램의 실행 탭

∙ 소리파형 탭의 기능

∙ 소리 스펙트럼 탭의 기능

∙ 소리 발생 탭의 기능

 

② 프로그램의 실행과 기능은 담당 선생님의 지도를 받는다.

 

③ 소리굽쇠의 음파를 마이크로폰으로 입력하여 SoundWave 프로그램의 [소리파형], [소리 스펙트럼] 탭의 사용법을 익히고, 음 높이에 따른 차이를 분석한다.

 

④ SoundWave 프로그램의 [소리발생] 탭을 이용한 맥놀이 관측

 

⑤ 주파수 차가 작은 음들을 이용할 때 관측되는 맥놀이와 진동수 차가 큰 경우의 맥놀이는 어떤 차이가 있는가?

 

⑥ 맥놀이가 일어날 때와 일어나지 않는 경우의 파형을 관측하고 비교한다.

 

⑦ 맥놀이가 생기는 경우, 맥놀이가 생기는 진동수를 구해보도록 한다.

 

⑧ FFT분석을 통해 맥놀이를 일으키는 두 진동수 과 를 구하고 1) 과정에서 구한 맥놀이 진동수와 비교한다.

 

랩퀘스트2 인터페이스를 이용한 실험 과정

① 랩퀘스트2 인터페이스의 전원을 켜고 USB 케이블을 이용해 컴퓨터에 연결한다. 컴퓨 터의 Logger Pro 프로그램을 실행시킨다.

 

② 마이크로폰 센서를 인터페이스의 아날로그 채널에 연결한다.

 

③ 데이터 수집을 위해 다음과 같이 설정한다.

∙ 실험 ▶ 데이터 수집 선택

∙ 수집시간 ▶ 0.05초

∙ 실험 ▶ 0 선택(영점을 맞출 때는 주변이 조용한 상태에서 실시

 

2. 실험 종류

실험 1 단순파형

① 소리굽쇠를 이용하여 소리를 내고, 마이크로폰 센서를 소리굽쇠의 공명관 앞쪽에 위치시키고 수집 버튼을 누른다. 사인 형태로 발생하는 데이터를 기록한다. 소리굽쇠를 사용할 때는 망치의 고무로 되어있는 부분으로 소리굽쇠를 두드려야 한다. 단단한 물체로 두드리면 소리굽쇠가 손상을 입을 수도 있다. 만일 소리굽쇠를 너무 세게 또는 부드럽게 두들기면 파형이 심하게 흔들릴 것이다. 다시 시도해보자.

 

② 검사 버튼을 누르고 음파의 처음과 마지막 피크 사이를 드래그 한다. 시간 간격 를 읽고, 사이클 횟수로 나누어 소리굽쇠의 음파 주기를 측정한다.

 

③ 소리굽쇠의 진동수를 로 계산하고 데이터 테이블에 기록한다.

 

④ 같은 방식으로 음파의 진폭을 계산한다. 마우스를 그래프의 인접한 피크의 가장 높은 곳과 낮은 곳 사이에서 드래그 한다. 그래프 상에서 를 읽는다.

 

⑤ 음파의 진폭을 △y의 절반으로 계산하고, 데이터 테이블에 기록한다.

 

⑥ 실험 메뉴 ▶ 최신 실행 저장을 선택하여 데이터를 저장한다. 데이터 메뉴 ▶ 데이터 세트 숨기기를 선택한 다음 실행1을 숨긴다.

 

⑦ 소리굽쇠의 진동수를 달리하여 실험 단계 1∼6 과정을 반복하여 실험한다. 실험 메뉴 ▶ 최신 실행 저장을 선택하여 데이터를 저장한다. 데이터 메뉴 ▶ 데이터 세트 숨기기를 선택한 다음 실행 2를 숨긴다.

 

실험 2 소리의 속도 측정

① 두 개의 소리굽쇠를 눈금선 위에 마주하게 놓는다.

 

② 오른쪽의 소리굽쇠를 서서히 이동하면서 소리가 증폭되는 두 점을 찾는다.

 

③ 소리가 증폭되는 두 점사이의 거리를 측정한다.

 

④ 위 실험을 여러번 반복한다. 단, 두 개의 소리굽쇠의 진동수는 일정하도록 해야한다.

 

 

실험 3 맥놀이

① 두 개의 다른 진동수의 소리는 맥놀이라 불리는 현상을 일으킨다. 때때로 파동은 서로 보강하기도 하며, 서로 상쇄하여 약해지기도 한다. 이 현상은 각 음색의 고정된 진동수에 의해서 일어나는 현상이다. 맥놀이를 관찰하기 위해 두 개의 소리굽쇠를 동시에 쳐서 합성하는 소리를 들어보면 된다. 맥놀이가 매우 느리다면 세기의 변화를 들을 수 있어야 한다. 만약 맥놀이가 빠르다면 귀에 거슬리는 하나의 음만 들릴 것이다.

 

② 두 개의 음이 소리를 내는 동안 데이터를 수집하다. 소리의 지폭 변화를 관찰할 수 있다. 소리굽쇠는 같은 세기로 두드리고 마이크로폰에서 동일한 거리에 놓아야 한다. 깨끗한 음파를 얻었다면, 실험 메뉴 ▶ 최신 실행 저장을 선택하여 데이터를 저장한다. 맥놀이 파형이 실행 3에 저장된다.

 

③ 첫 번째 최고점 이후에 나타나는 진폭의 최고점 횟수를 세어보고 데이터 테이블에 기록한다.

 

④ 검사 버튼을 눌러 시간간격을 재고, 맥놀이의 주기를 결정하기 위해 시간 간격 를 진동수의 횟수로 나눈다. 맥놀이 주기로부터 진동수를 계산하고 로 데이터 테이블에 기록한다.

 

⑤ 실험 메뉴 ▶ 최신 실행 저장을 선택하여 데이터를 저장한다. 데이터 메뉴 ▶ 데이터 세트 숨기기를 선택한 다음 실행3을 숨긴다.

 

 

 

[일반물리학실험]음파와 맥놀이 레포트