기주공명장치에 의한 음속측정 자료
[목차]
1. 목적 2. 원리
3. 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 결과 및 계산
파장은 크게 진행하는 파와 서 있는 파(정상파)로 나눌 수 있다. 서 있는 파는 눈으로도 쉽게 볼수 있는데 묶여 있는 줄을 진동시키면 제자리에서 진동하는 정상파를 확인할 수 있다. (실제로 한 번 확인해 보라) 정상파는 진폭이 같고 진행 방향이 반대인 두 개의 진행하는 파의 중첩으로 나타나며, 그 때문에 마디와 배가 생긴다
비어있는 관의 진동도 줄의 진동과 그 형태가 매우 비슷하다. 많은 관악기들이 이러한 관의 진동을 이용하는 것이다. 비어있는 관 안에서 이루어진 정상파의 진동수가 가청영역(20～20,000 ㎐)안에 들어가면 소리가 난다. 관 안에서 형성될 수 있는 정상파의 파장은 아무 값이나 가질 수 없고, 관의 길이에 따라 제약을 받는다. 관의 막힌 끝에는 정상파의 마디가 생기고 열린 끝에서는 배가 생기기 때문이다.
진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한 쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어있는 기주를 진동시키면, 기주속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 정상파가 생긴다.
이때, 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다.
따라서 소리굽쇠가 공기 중에서 발생하는 음의 파장
는 이다.
이 파동의 진동수가 f라하고 이 파도이 공기 중에서 전파하는 속도를 라 할때, 다음의 관계식을 만족한다
에 을 대입하면
이 된다.
여기서 들은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다.
관 끝에서 첫번째 공명 위치 까지의 길이는 에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작다. 이는 첫 번째 정상파의 배가 관의 모양, 크기 등에 따라서 관끝보다 조금 위쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관끝에서부터 배까지의 거리 δ와 관의 내 반경 r와의 비(끝 보정), 즉 δ/r 는 약 0.55～0.85이다.
소리를 비롯한 파동은 매질을 통해 전달되기 때문에 매질의 물리적 성질과도 같은 연관을 가진다. 임의의 매질을 통해 전달되는 파동의 속도는 다음 시과 같이 매질의 물리적 성질과 관련된다.
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