현대물리실험, 리플탱크Ripple Tank실험 결과보고서

소개글

현대물리실험, 리플탱크Ripple Tank실험 결과보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

수면파 투영장치를 이용하여 막대와 여러 가지 실험기구를 이용하여 파동의 회절 현상과 간섭 현상을 관찰하여 기록하는 것입니다.
실험 전, 매뉴얼을 충분히 숙지하지 못한 상태로 실험에 임하여 사실상 정확한 실험을 할 수 없었던 것 같습니다. 실제로 우리 조는 실험1-2까지 마무리를 한 후, Plane wave bar가 휘어져있어 bar의 양측에서 나오는 파동이 서로 다르다는 것을 확인하였습니다. 그 후, bar의 휘어진 부분을 평평하게 만들고 처음부터 다시 실험을 하게 되었습니다.
또한 phase lock knob이 generator의 좌우측에 있음 인지하지 못하고 좌측 phase lock knob만을 조정하며 ‘ ~ ’모양의 선이 생긴 채로 실험을 하는 실수도 하였습니다. 이 모든 시행착오를 거쳐 오랜 시간이 흐른 뒤, 정확한 실험을 위해 모든 준비가 마무리 되었습니다.
실험1-1과 1-2는 장애물을 이용하여“반사파”를 확인하는 실험이었습니다. 장애물로는 triangular reflector와 circular barrier가 사용되었습니다.
실험2 역시 triangular reflector를 이용하는 실험이었지만 실험1이 반사파를 확인하는 실험이었다면 실험2는 “굴절”을 확인하는 실험이었습니다.
실험3은 long straight reflector를 이용한 단일슬릿 실험과 short straight reflector를 이용한 실험입니다. (mini straight reflector를 이용하여야 하지만 없어서 short straight reflector를 이용하여 실험을 하였습니다.) 실험3은 파동의 “회절”을 확인하는 실험입니다. 실험4는 long straight reflector 2개와 short straight reflector를 이용하여 이중슬릿을 만들어 “간섭”현상을 확인하였습니다.
각 실험에 대하여 자세하게 알아보도록 하겠습니다.
실험1
① 평면 반사
Triangular reflector를 이용한 반사파 확인 실험입니다. 반사의 법칙이 정 확하게 적용이 되는지를 확인할 수 있는 실험입니다. 위의 실험결과에 있 는 실험1-1의 사진을 보면 가로무늬로 파동이 내려와 triangular reflector에 부딪히고, 세로무늬의 파동이 반사되어 나가는 것을 관찰 할 수 있습니 다. 각 무늬에 수직이 되도록 선을 그어보면 더 정확한 파동의 이동경로 를 파악할 수 있습니다. 입사각과 반사각의 합이 90 가 되는 것 정확하 게 반사의 법칙에 맞는 것이지만 실제로는 입사파와 반사파의 정확한 진행방 향을 잡지 못해 각도 계산에 오차가 있었습니다.
② 포물선 반사
circular barrier를 이용한 반사파 확인 실험입니다. 입사파가 circular barrier의 벽면에 맞고 한 곳으로 모이는 것을 눈으로 쉽게 확인할 수 있었습니다.
실험2
① 매질에서의 굴절
이 실험을 할 때, triangular reflector가 물에 완전히 잠긴 상태에서 어떠 한 굴절이 일어날지 굉장히 궁금했습니다. 지금껏 물리를 공부해 오면서 완전히 잠긴 장애물에서의 굴절은 생각해본 적이 없었습니다. 하지만 굴 절이 일어난다면 분명히 약할 것이라는 예상은 할 수 있었습니다. 실험 결과는 예상대로 약한 굴절이 일어났으며 시각적으로 뚜렷하지 않게 나 타나는 것을 확인 하였습니다. triangular reflector의 밑에 동전을 받쳐 물 에서 조금 나오게 만들자 그 굴절의 정도는 커졌으며 시각적으로도 충분 히 비교가능 하였습니다. (실험결과의 실험2-1과 실험2-2의 사진비교.)
실험3
① 단일 슬릿
슬릿간의 간격은 3cm로 하였으며 파원과의 거리는 약 5cm정도로 하였 습니다. 파동이 슬릿을 통과한 후, 평면파가 원형파로 바뀌어 양쪽으로 퍼져나가는 회절 현상을 볼 수 있었습니다. 이 실험에서 frequency의 변화 에 따른 파동의 변화만을 관찰하였습니다. 일정한 frequency에 슬릿의 간 격에 변화를 주면서 몇 번의 실험을 더 해봤어야한다는 아쉬움이 조금 남는 실험입니다.
② Short straight reflector를 이용한 회절 확인
평면파가 Short straight reflector를 지나는 순간 파가 휘어져 평면파가 Short straight reflector 안으로 흡수된다는 착각을 일으키는 모양의 파를 만들게 되는데 이것이 회절에 의한 것입니다. 실험결과로 나온 사진은 이 론의 사진과는 다른 형태를 이루고 있는데 frequency가 약하면 이론과 같 은 파의 이동모습이 나타납니다. 하지만 frequency가 점점 강해지면 Short straight reflector로 인해 생긴 회절파가 서로 간섭을 일으키게 되어 위의 결과사진과 같은 모습이 보이게 됩니다. 다르게 이야기 하자면 frequency 가 더 커지게 되면 장애물에 걸리는 평면파의 수가 많아지고, frequency가 약해진다면 상대적으로 장애물에 걸리는 평면파의 수가 적어져 방해를 덜 받기 때문입니다.
실험4
① 이중 슬릿
각 슬릿사이의 간격을 2cm로 두고 하였으며 단일슬릿 실험처럼 파원과의 거리는 5cm정도 이격시켰습니다. 이중슬릿 실험은 단일슬릿이 두 개 있 다고 생각하고 접근하면 쉽습니다. 각각의 슬릿을 통과하는 평면파가 회절 을 이뤄 넓게 퍼지는 현상을 보이지만, 옆의 또 다른 슬릿에서 퍼져 나오 는 파동과의 겹침에 의해서 보강간섭 혹은 상쇄간섭이 일어납니다. 보강간 섭이 일어난 부분은 환한 반면 상쇄간섭이 일어난 부분은 어두운 것이 보 통입니다. 하지만 결과사진에서는 간섭이 일어나긴 일어난 것처럼 보이나 어디가 보강간섭이며 어디가 상쇄간섭인지 명확하게 구분이 되지 않습니 다.
② Point source를 이용한 간섭 확인
이중슬릿 실험보다 확실하게 보강간섭과 상쇄간섭이 일어남을 관찰 할 수 있었습니다. 그림(a)와 그림(b)는 frequency의 변화에 따른 파동의 차이 점을 보여주고 있습니다. 그림(a)는 frequency를 B에 맞추고 실험을 한 모 습이며, 그림(b)는 frequency를 I에 맞춰 실험을 한 모습입니다. frequency 가 클수록 더 선명한 간섭현상을 확인 할 수 있었습니다.

키워드

현대물리,   물리실험,   결과,   보고서,   물리,   리플탱크,   ripple,   tank