일반물리학 실험 - 음속측정

음속측정

1. 목적
알고 있는 진동수를 가진 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜 그 소리의 과정을 측정함으로써 공기 중의 음속을 측정한다.

2. 기구
기주공명장치, 소리굽쇠, 고무망치, 온도계

3. 이론
진동수 인 파동(종파 혹은 횡파)의 공기중에서의 파장을 라 하고, 이 파동이 공기 중에서 전파하는 속도를 라 할 때, 다음 관계식이 만족된다.

(1)

진동수가 알려진 소리굽쇠를 진동시켜 한 쪽 끝이 막힌 유리관 속에 들어 있는 기주를 진동시키면, 기주 속에는 방향이 반대인 두 개의 파가 진행하면서 현의 진동 때와 같은 정상파가 생긴다. 이 때, 기주의 길이가 어느 적당한 값을 가질 때 두 파의 간섭으로 공명이 일어나게 된다. 따라서, 소리굽쇠가 공기 중에서 발생하는 음의 파장 는

(2)

이며, 식 (1)에 식 (2)를 대입하면

(3)

이 된다. 여기서 들은 유리관 내의 공명 위치를 나타낸다. 관 끝에서 첫번째 공명 위치 까지의 길이는 에 가까우나 실제는 이 값보다 조금 작다.
이는 첫번째 정상파의 배가 관의 모양, 크기 등에 따라서 관 끝보다 조금 윗쪽에 위치한다는 것을 의미하며, 원주형의 관인 경우에는 관 끝에서부터 배까지의 거리 와 관의 내반경 와의 비(끝보정), 즉 는 약 0.55 ~ 0.85이다.
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