도플러 효과 예비- 결과

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도플러 효과 예비- 결과에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험목적
2.이론 및 원리
3.실험장비 및 기구
4.실험방법
5.실험결과
6.결론 및 토의
7.Reference

본문내용

이 수면에 닿지 않아 수면파가 발생되지 않을 수 있다.
④ 수면파발생기에 전원을 공급하지 않은 상태에서 레일 위의 수면파 발생기를 수동으로 이동하여 수조의 중앙에 오도록 위치한다. 반드시 전원을 끈 상태에서 이동하여야 하며 전원이 켜진 상태에서 무리하게 이동하는 경우 이동장치의 고장의 원인이 될 수 있다.
⑤ 수면파발생기의 메인파워스위치를 켠다.
⑥ 수면파발생기의 이동속도 조정단자를 이용하여 초기 상태는 5로 되어있는 이동속도를 0이 되게 한다.
⑦ 수면파발생기의 램프 스위치를 킨다.
⑧ 수면파발생기의 구동스위치를 눌러 수면파 발생기를 작동시킨다. 구동스위치는 누르는 순서에 따라서 Stop-Run-Back 을 반복한다. 각각의 상태는 수면파발생기 상의 화면을 통하여 확인할 수 있다.
⑨ 수면파가 이상없이 발생되는가를 확인한다. 수면파의 세가기 너무 작거나 큰 경우에는 수면파발생기의 수면파 세기 조절단자를 이용하여 조절한다. 수면파의 세가기 너무 큰 경우 수면파에 노이즈가 많이 발생하여 수면파가 매끄럽게 생성되지 않으며 또 너무 작은 경우에는 측정이 어렵게 된다.
⑩ 아이카를 통하여 모니터로 수조에 발생된 수면파를 관찰한다. 이때 수면파가 잘 보이도록 카메라의 밝기값을 조절한다.
⑪ 아이카의 카메라정렬과 자표계 설정을 한다.
⑫ 수면파발생기의 주파수 조정단자를 이용하여 수면파의 주파수를 변화하면서 동영상을 캡쳐한다.
⑬ 블록을 이용하여 물의 깊이를 다르게 하여 각각의 주파수에 대하여 실험한다. (물의 깊이에 따라 수면파의 속도가 어떻게 바뀌는지 측정한다.)
⑭ 수면파의 파장과 속도를 측정한다. 측정은 피직스뷰의 측정모드를 이용한다.
⑮ 수면파의 파장과 주파수, 속도와의 관계가 이론과 일치하는지 확인한다.
위 그림은 파장측정의 예를 나타낸 것이다. 수면파의 특성상 수면파는 작은 노이즈에도 쉽게 그 효과가 나타나므로 어느 두지점을 파장으로 선택해야 하는지 신중해야 한다.
수면파의 속도를 구할 때는 프레임을 하나씩 이동하면서 수면파가 이동하는 것을 관찰하여 관심을 가졌던 수면파가 프레임 이동후 어느지점에 있는지 정확하게 분별 할 수 있어야 속도를 측정 할 수 있다.
* 수면파를 이용한 도플러효과
① 수면파의 속도 및 파장측정실험의 ①~⑪ 을 반복한다.
② 수면파발생기를 통해 주파수와 속도를 결정하고 시작버튼으로 수면파발생기가 이동하면서 파형이 만들어 지는 것을 확인한다. 이때 시각적으로 도플러 효과가 관측되어야 한다.(필요시 진폭이나 stroke time을 조절한다.)수조의 수평이 맞지 않아 수조의 깊이가 다른 경우에도 수면파가 제대로 발생되지 않을 수 있다. 이때는 수조 하단에 있는 수평조절 나사를 이용하여 수평을 조절한 후 다시 실험한다.
③ 이상 없이 수면파를 이용하여 도플러 효과가 시각적으로 관측이 되면 아이카를 이용하여 캡쳐버튼을 누르고 캡쳐를 시작한 후 수면파발생기를 이용하여 수면파 발생기를 Run상태로 한다.
④ 수면파 발생기의 운동이 캡쳐되었으면 캡처 정지버튼을 클릭한다.
⑤ 측정모드를 통하여 수면파발생기의 이동속도, 이동방향 전후의 파장을 측정한다.
⑥ 수면파의 속도는 미리 측정해 놓는 것이 좋다.(진동수에 상관없이 일정)
⑦ 주파수와 이동속도를 변화하면서 실험을 반복한다. 주파수는 12~16, 속도는 2~5사이가 가장 잘 관측된다.
5. 실험결과
① 수면파의 속도
횟수
1회
2회
3회
진동수
12Hz
13Hz
14Hz
파장
2.016cm
1.904cm
1.583cm
속도(이론식)
24.19cm/s
24.75cm/s
22.16cm/s
이동거리
이동시간
2.858cm
133ms
8.847cm
400ms
4.78cm
200ms
속도(실험값)
21.49cm/s
22.12cm/s
23.9cm/s
오차
11.16%
10.63%
7.85%
②도플러효과
횟수
1회
2회
3회
진동수
12Hz
13Hz
14Hz
앞 파장
0.4568cm
0.5223cm
0.3519cm
파원의 이동속도
13.14cm/s
14.24cm/s
15.83cm/s
후면의 파장
2.812cm
2.817cm
2.760cm
*파원의 앞뒤로 변화된 진동수
1회
(파원 이동방향의 앞면)
(파원 이동방향의 뒷면)
2회
(파원 이동방향의 앞면)
(파원 이동방향의 뒷면)
3회 (파원 이동방향의 앞면)
(파원 이동방향의 뒷면)
6.결론 및 토의
이번 도플러효과 실험은 생각외로 꾀나 간단했던 실험이었던 같다. 1학기 물리시간에 열심히 공부를 했었지만 시험에 안나와서 한이 되었었던 도플러효과를 이번에 써먹을수 있어서 좋았던 것 같다. 본론으로 넘어가서 도플러효과실험에서 가장 어려웠던 점은 이동하는 파원의 앞 파장과 후면의 파장을 측정하는 것이었다. 도플러효과에 각각의 파장의 간격이 달라지고 또한 육안으로는 판단하기에 너무 애매모호한 골과 마루를 무엇을 기준으로 판단 해야될지 고민하던중 파동의 이동속도를 이용하여 파장을 계산하기로 하였다. 한 파동을 지정해서 그 파동이 시간당 이동한 거리를 측정하고 파장의 속도 를 이용하였다. 여기서 진동수 f는 파원의 진동수가 아닌 도플러효과에 의해 변화된 진동수값을 대입해야된다. 실험에서 파원의 이동속도는 진동수를 올리면서 같이 증가시켰다. 참고로 이번 도플러효과실험에 이용된 식은 관측점을 고정시킨체 파원이 이동하는 관점으로 써나가야된다. 관측점이 움직이냐 파원이 움직이냐에 따라 식도 달라지기 때문에 이 점을 유의해야 한다.
이번 실험에서 하나 아쉬웠던건 파원의 속도가 파동의 속도보다 더 빠를때 관측되는 현상을 못본것이다. 소리의 경우 그런현상이 일어나면 충격파가 발생하여 어마어마한 소리가 발생한다. 추측해보건데 수면파에서는 파장과 파장이 일부 겹쳐질것이고 그로 인해 간섭현상이 일어날것이다. 그 장면까지 목격했다면 더욱 신선한 실험이 되었을건데 그거까진 해보지 못해서 좀 아쉬움이 남는다.
7. Reference
http://physica.gsnu.ac.kr/physedu/modexp/e_m/main.htm
일반물리실험
일반물리학 - halliday
http://mulinara.net/physics/
http://physics.skku.ac.kr
http://www.n2n.pe.kr

키워드

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