관의 공명과 음속 측정 레폿
* 왜 스피커 측의 관을 조금 열어놨을까?
엄밀히 말해서 우리가 막힌 관이라고 부르며 L = nλ/4 (n = 1,3,5,7…) 을 적용시키는 경우는 한쪽 끝이 막힌 관이다. 즉, 스피커 측의 관까지 모두 밀폐시킬 경우 양쪽 모두 막힌 형태가 되어버려 예비 레포트에서 설계한대로 실험을 할 수 없다.
* 스피커 측의 관을 조금 열어 놓을 때와 닫을 때 공명 길이가 달라지는 이유는 무엇 때문일까?
위 질문에서도 알 수 있듯이 조금 열어 놓을 땐 한쪽 끝이 막힌 관이 되지만, 닫을 땐 양쪽 끝이 모두 막힌 관이 되어 스피커 측에서도 반대편 막힌 쪽과 같은 형태의 음파 반사가 일어나 공명의 길이가 달라진다.
* 열린 관에 대해서 정상파 실험을 하려면 장비구성을 어떻게 해야 할까?
다른 실험 장비는 막힌 관 실험과 동일하게 하되, 열린 관의 길이를 조절해 줄 수 있는 장비 구성이 필요하다. 작은 토막으로 나뉜 관을 하나씩 이어나가는 방법을 생각해 볼 수 있으나, 이음새 부분에서 음파가 굴절될 가능성이 있고, 만약 비뚤어지게 연결될 경우 올바른 결과를 얻을 수 없다. 따라서 차라리 무른 재질을 사용하여 양 끝이 뚫린 긴 관을 만든 후 끝부분부터 조금씩 깎아 나가면서 열린 관에서의 소리와 출력 파형이 극대가 되는 지점을 측정하는 방식을 생각해볼 수 있다.
2. 결과 및 토의
1. 이론치와의 오차
이번 실험은 일정한 주파수 음을 내주는 스피커와 음압을 전위차로 바꿔주는 마이크, 그리고 그 전압을 고속으로 샘플링(초당 2만개의 전압값)하여 모니터링 해주는 컴퓨터 인터페이스를 이용해서 막힌 관에서 관의 길이를 피스톤으로 변화시킬 때 공명을 일으키는 위치들을 찾고 측정된 관의 길이로부터 파장을 구하여 관계식, v = fλ로 부터 음속을 계산하는 것이다. 첫 번째 실험 f = 1000 Hz일 때는 평균 음속 351 m/s, 오차 -0.862%를 기록하였으며, 두 번째 실험 f = 800 Hz일 때는 평균 음속 357 m/s, 오차 -2.59% 로 두 실험 모두 비교적 작은 오차를 냈다.
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