자연과학 다운로드 물리실험 - 공기 중의 음속 측정 다운 GJ

자연과학 다운로드 물리실험 - 공기 중의 음속 측정 다운
 

공기 중의 음속 측정

실험 목표
이미 진동수를 알고 있는 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜서 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기 중에서의 음속을 측정한다.

실험 원리
파동수가 인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기 중에서의 파장을 라고 하고, 이 파동이 공기중에서 전파하는 속도를 라 할때, 다음의 관계식이 만족된다.

(1)

이미 알려진 진동수의 소리굽쇠를 진동시켜 한쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어있는 기주(공기기둥)를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동때와 같은 정상파가 생긴다. 이 때 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 소리굽쇠가 발생하는 음의 파장 는

(2)

이며, 식 (1)을 식 (2)에 대입하면

(3)

이 된다.
그림 3.1.2에서 . . . . . 들은 유리판 내의 공명 위치를 나타낸다. 관 끝에서 첫 번째 공명위치 까지의 길이는 에 가까우나 시제는 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 내반경 과의 비(끝 보정), 즉 는 약 0.55에서 0.85이다.
공기중의 음속은 또한 일반적인 유체의 성질로서도 구해지며, 체적탄성률이 , 밀도 인 경우에,

(4)

의 관계가 있으며, 이를 열역학의 기체법칙으로 전개하면 ℃의 음속은



(5)

여기서, 는 0℃이하의 음속으로 약 331.48m/sec 이다.

실험 기구 및 장치
① 기주공명 장치
② 소리굽쇠 및 고무장치
③ 속도계

실험 방법

(1) 그림 2와 같이 기주 공명 장치에 물을 가득 채운 후, 물통을 상하로 움직여서 물이 넘치지 않도록 물의 양을 조절한다.

(2) 다음 소리굽쇠의 진동을 방해하지 않도록 소리굽쇠의 손잡이를 잡고 고무망치로 때려서 진동을 시킨 후, 유리관 1cm 위에 수직 방향으로 놓는다. …(생략)
 

     
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