관의공명 실험

1 실험기구

공명관 : 음파가 반사되어 정상파가 만들어지는 공간 1
반사관 : 위치를 바꾸어 공명조건을 변화시킨다. 4
스피커, 마이크 : 음파를 만들어내고 측정하는 역할 각 1개
전압센서(Voltage Sensor) : 측정된 음파를 디지털 신호로 변경해줌 1 roll
받침대, 마이크대, 전선 1, 1, 2개

음파란 무엇인지 이해하고, 스피커를 이용하여 우리가 알고 있는 주파수를 가진 음파를 발생시켜 공명조건과 정상파의 의미를 알아보자.

2 실험이론

① 정상파 (standing wave)란?

줄을 벽에 묶고 한쪽 끝을 흔들어 파동을 만들 수 있다. 벽이 흔들리지 않을 정도로 단단하면 파동은 반사되어 되돌아 온다. 줄을 잘 맞추어 흔들면 파동은 원래 파동과 되돌아오는 파동이 합쳐져서 진동의 마디점과 마루, 골의 위치가 고정된 정상파가 된다.
정상파는 진행파왿�는 달리 진동하지 않는 마디점이 고정되어 관찰되며 최대로 진동하는 지점이 마루왿� 골을 반복하며 나타난다. 정상파는 간섭의 결과이다. 진폭과 파장이 같고 진행하는 방향이 반대인 두 파동이 서로 겹치게 되면 두 파동은 지속적으로 위상차가 있다가 없게 되고, 그 결과 보강간섭과 소멸간섭을 지속적으로 반복하게 된다. 이러한 정상파는 현악기 등에서 흔히 볼 수 있는데, 양 끝단이 고정된 현을 진동시켰을 때 전체 현의 길이를 반파장의 정수배로 하는 정상파가 나타나게 된다.

② 관 내부에서의 정상파

음파가 관의 한쪽 끝에서 반사되면 정상파가 만들어 진다.
음파의 정상파도 배(공기 진동의 진폭이 최대)왿� 마디(공기가 진동하지 않음)를 가지고 있다. 음파의 반사는 관의 끝이 열려있거나 막혀있는 경우 모두에서 일어난다. 만약 관의 끝이 막혀 있으면 공기는 더 이상 갈 수 있는 곳이 없고 따라서 마디(Node)가 관의 끝에 있게 된다.
반대로 관의 끝이 열려있으면 배(Antinode)가 열린 관의 끝에 있게 된다.