음속측정 -기주공명 장치
분야
hwp2. 실험원리
3. 실험기구 및 장치
4. 실험방법
5.결과 데이터
6.손가락질문 및 질문사항
7.토의사항
알고 있는 진동수를 가진 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기중의 음속을 측정한다.
2. 실험원리
진동수가 인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 라 하고, 이 파동이 공기 중에서 전파하는 속도를 라 할때, 다음 관계식이 만족된다.
진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어 있는 기주를 진동시키면 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동 때와 같은 정상파가 생긴다. 이따, 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질때, 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 따라서, 소리굽쇠가 공기중에서 발생하는 음의 파장 는
이며 앞의 식들을 대입하면
이 된다. 여기서 들은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다. 관 끝에서 첫 번째 공명 위치 까지의 길이는 에 가까우나나 실제는 이 값보다 조금 작다. 이는 첫 번째 정상파의 배가 관의 모양, 크기 등에 따라서 관 끝보다 조금 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관 끝에서부터 배까지의 거리 와 관의 내 반경 와의 비(끝 보정), 즉 는 약 0.55~0.85이다.
공기중의 또는 어떤 기체중의 음속은 다음 식에 의하여 매질의 물리적 성질에 관계된다.
여기서 압력 와 밀도 는 절대단위이고, 는 정압비열 대 정적비열의 비인 상수이다(공기에 대해 =1.403이다.)p가 dyne/cm, d가 g/cm일 때 v는 cm/sec이다. 기체의 밀도는 온도의 상승에 따라 감소하므로 온도가 높아질수록 음속이 커지는 것은 명백하다. 기체의 팽창법칙을 적용하면 다음과 같이 된다.
여기서 는 온도 tc에서의 음속, 는 0c에서의 음속, a는 기체의 팽창계수로서 이다.
3. 실험기구 및 장치
①공명장치 ②진동수가 다른 소리굽쇠 3개 ③고무망치 ④온도계
