[일반물리실험1] 6. 용수철 진동과 공진

소개글

[일반물리실험1] 6. 용수철 진동과 공진에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 이론 및 목적
2. 실험 과정 및 결과
3. 고찰
4. 조별 토론

본문내용

g)
0.92
0.82
0.72
탄성 위치 에너지(Ue)
- 0.02
0
0.03
운동 에너지(K)
0
???
0
총에너지
0.90
0.83
0.75
(3) 총에너지가 보존된다는 가정 하에 중앙점에서의 운동 에너지를 추측하고, 그에 따른 물체의 속력을 추정해보라.
0.79 + K = 0.83 (총 에너지의 평균값)
K = 0.04
0.04 =
= 0.6m/s2
(4) 만일 총에너지가 보존이 안 된다면 어떤 이유이겠는가?
소리에너지, 회전에너지 등 다양한 종류의 에너지들로 변환되었거나 공기저항을 받았기 때문이다. 또한, 용수철이 움직일 때 완전한 수직방향이 아닌 좌우로도 움직였고, 줄자와 용수철 간의 거리가 멀어서 정확한 측정을 할 수 없었던 것도 오차의 원인이 될 수 있다.
3. 고유 진동수
(1) 위와 같은 진동에서 추의 진동 주기를 측정한다. 측정 방법은 각자가 고안한다. (1회 진동의 주기를 측정하면 오차가 크지만, 10회 진동하는데 걸리는 총시간을 측정하면 오차가 줄어든다.) 진동 주기(T)로부터 초당 진동 횟수인 진동수(f=1/T)를 구하라.
손가락으로 10회 진동을 주는 데 4초가 걸렸다. 진동수는 2.5Hz이다.
(2) 진동 폭이 클 때와 작을 때 진동수에 어떤 변화가 있는지 살펴본다.
이므로 진동 폭이 커지면 진동수는 줄어든다.
(3) 직관적으로 판단해보라. 질량이 커지면 진동이 빨리지겠는가 느려지겠는가? 또, 딱딱한 (k값이 큰) 용수철을 쓰면 어떻겠는가? 실제로 용수철과 추를 바꿔보며 진동 주파수에 어떤 변화가 있는지 그 관계를 조사해본다. (예비 보고서 내용을 참조할 것.)
이므로 질량이 커지면 진동수가 줄어들고 진동은 빨라진다. 또한, 용수철 상수가 커지면 진동수가 늘어나고 진동은 느려진다.
4. 강제 진동
(1) 추를 매달되 진동이 없도록 추를 정지시킨다.
(2) 스탠드의 위쪽(용수철이 고정된 부분)을 손가락으로 눌렀다 놓으면 용수철에 미세한 진동이 전해진다. 이 부분을 주기적으로 눌렀다 놓았다 하면서 추의 진동이 점점 더 심해지도록 만들어보라. 최대 진동폭은 얼마인가? (진동폭이 지나치게 커지지 않도록 주의하라.)
용수철이 위로는 최대 5cm 줄어들었고, 아래로는 최대 4.5cm 늘어났다.
(3) 진동폭을 크게 하기 위해 손가락으로 가해준 진동의 주파수는 얼마인가? 아까 3번에서 구한 고유 진동수 값과 비교해보라.
손가락으로 40초 동안 80번 힘을 주었으며 이 때의 진동수는 2Hz이다.
3번에서 구한 고유 진동수 값인 2.5Hz와 비교했을 때, 진동수는 줄어들었다.
(4) 일부러 고유 진동수보다 큰 진동수, 혹은 작은 진동수로 힘을 주어보라. 진폭은 어떻게 되는가?
손가락으로 38초 동안 38번 힘을 주었으며 이 때의 진동수는 1Hz이다.
용수철이 위아래로 최대 약 0.2cm정도 줄어들었다가 늘어났다.
(5) 손으로 가하는 진동의 주파수에 따라 진폭이 달라지는 이유를 설명해보라. (어려운 용어를 사용하지 않고, 초등학생도 이해할 수 있도록 직관적인 설명을 해보라.)
이므로 진동 주파수가 늘어나면 용수철 상수 도 함께 늘어난다. , 이므로 용수철 상수가 늘어나면 진폭은 줄어든다.
3. 고찰
복원력이 작용한 운동인 단순조화운동에 대해서 새롭게 알게 되었습니다. 또한, 단순조화운동에서 진동수는 용수철 상수, 질량, 변위 등에 따라 다르게 나타난다는 것도 알 수 있었습니다. 또한, 주어진 물리량을 이용하여 용수철 상수 값과 진동 주파수 값을 알아낼 수 있었습니다. 영상으로 실험을 진행했기 때문에 전체적으로 오차를 가질 수 밖에 없었고, 진폭을 관찰하는 도중에 줄자가 옆으로 기울어 정확한 측정을 하지 못했던 것이 아쉬었습니다.

키워드

일반물리실험,   용수철,   공진