단조화 진동과 감쇠 진동

소개글

단조화 진동과 감쇠 진동에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1) 표지

2) 실험 목표,이론

3) 실험 기구 및 특징

4) 실험 방법

5) 실험 결과 및 결론도출

본문내용

트 차단 간격의 시간과 주기를 측정하는 진자 타이머를 설정한다.
13) 신호 발생기 창을 열어, 신호 발생기 #1을 주파수 0.001Hz, 진폭 3.5V의 음의 램프 파형, DC오프셋 6V로 설정한다. 신호 발생기를 Off로 설정한다.
실험 1. 용수철 상수 측정
1) 850 인터페이스의 전원 스위치를 누른다.
2) 스마트 카트의 전원을 킨다.
3) 캡스톤 소프트웨어의 좌측 상단의 하드웨어 셋업으로 들ㄴ어가 무선 스마트 카트를 컴퓨터와 연결한다.
4) 캡스톤 파일의 스프링 컨스턴트로 들어가서 그래프의 X축과 Y축이 포지션과 포스인지 확인한다
5) 캡스톤 화면 하단에서 스마트 카트 포지션 센서에 대한 샘플링 속도를 50Hz로 설정한다.
6) 레코드 버튼을 누른 후, 스마트 카트를 수평으로 약 20cm 정도 이동시키고 15회 정도 왕복시킨 다음 스탑을 누른다.
7) 그래프에서 y축의 포스를 클릭하고 퀵 칼큘레이션을 클릭한다. -F를 클릭하여 부호를 반대로 바꾸어 준다.
8) 선형 맞춤을 적용하여 그래프의 기울기를 구한 다음, 표에 기록한다 이 값이 용수철 상수에 해당한다.
9) 측정을 5회 반복한다. 측정한 용수철 상수의 평균과 표준 편차를 기록한다.
실험 2. 진동수 측정
-스마트 카트에서 앞서 연결한 고리 액세서리를 제거하고 스마트 카트 힘 센서에 마그네틱 범퍼와 댐핑 자석을 부착한다.
1) 댐핑 자석과 바닥 사이의 간격을 가능한 바닥에서 멀리 떨어지도록 상단에 부착한다.
2) 스마트 카트에 줄과 용수철을 연결하고, End stop의 상단에 용수철을 걸어 연결한다.
3) 캡스톤 소프트웨어의 Resonance Frequency 페이지를 연다. 그래프의 가로축과 세로축이 각각 Time과 Velocity로 설정 되있는지 확인한다.
4) Record 버튼을 클릭한 다음 카트를 약 20cm움직여 진동시킨다.
5) 10회 이상 진동한 후에 stop버튼을 누른다.
6) 측정된 그래프에서 첫 번째 피크에 해당하는 점을 클릭하고 delta tool을 클릭한다. show/hide delta tool을 클릭해 10번째 피크에 해당하는 점까지 드래그 한 후 화면의 가 10회 진동하는데 걸리는 시간이다. 이 시간을 10으로 나누면 주기 T가되고, 역수를 취하면 진동수가 된다.
7)측정을 5회 반복한다. 측정한 진동수의 평균과 표준 편차를 기록한다.
실험 3. 감쇠 계수 측정
1) 댐핑 자석의 위치에 따른 감쇠 계수를 측정하기 위해 댐핑 자석과 바닥사이의 높이를 8mm로 조절한다.
2) 캡스톤 소프트웨어의 댐핑 페이지를 열고 하단의 smart cart position sensor의 샘플링 속도를 100Hz로 변경한다. 그래프의 가로축과 세로축이 각각 Time과 Position으로 설정되어있는지 확인한다.
3) 카트를 약 20cm 이동시킨 후 손으로 잡아둔다.
4) Record 버ㅏ튼을 누른 후 카트를 놓는다. 카트가 움직임을 멈추면 STOP 버튼을 누른다.
5) 모니터 화면에 나온 그래프의 맞춤 결과에서 B와 진동수 w를 기록한다. rklathl rPtn b=2mB이며, 카트의 질량 m은 269g이다.
6) 댐핑 자석의 위치를 변경하여 트랙과의 거리를 4mm로 조절한 후 측정을 반복한다. 감쇠 계수와 진동수를 기록한다.
7) 댐핑 자석의 위치를 변경하여 트랙과의 거리를 2mm로 조절한 후 측정을 반복한다. 감쇠 계수와 진동수를 기록한다.
실험 4. 강제 감쇠 진동에서의 공명 그래프
-공직 곡선을 구하기 위해 캡스톤 소프트웨어의 Resonance Curve 페이지를 연다.
1) Signal Generator #1을 Auto로 설정한다.
2) 댐핑 자석과 트랙 사이에 삽입하여 거리를 조절한다. 자석과 트랙사이의 간격을 기록해둔다.
3) 캡스톤 소프트웨어 하단의 스마트 카트 위치 센서의 샘플링 속도를 25Hz로 설정한다.
4) Record 버튼을 누르면 기계적 오실레이터/드라이버가 자동으로 회전하면서 스마트 카트에 주기적 힘을 작용한다.
5) 스만트 카트에 줄이 길거나 용수철 상수와 감쇠계수가 적절하지 않으면 스마트 카트이 진폭이 너무 커서 엔드 스톱과 충돌하거나 역학 트랙에서 벗어나므로 스마트 카트의 운동을 관찰하여 이상이 생기면 stop을 누르고 줄의 길이를 조절하거나 용수철을 교체한 다음에 다시 시작한다.
6) 데이터 수집은 8분 후에 자동으로 중지된다.
7) 댐핑 자석과 트랙 사이의 간격을 변경하여 트랙과의 거리를 4mm, 2mm로 조절한 후 공명 곡선을 기록하는 과정을 반복한다.
8) 공명진동수와 진폭을 기록한다.
결론 도출
개인 결론: 단조화 진동과 감쇠진동은 물리학에서 중요한 개념입니다.
단조화 진동은 시스템이 일정한 주기와 주파수로 진동하는 것을 말합니다. 이러한 진동은 주로 진자와 스프링 시스템 등에서 나타납니다. 예를 들어, 진자를 한쪽으로 밀어주면 반대쪽으로 튀어오르고, 다시 밀어주면 원래 위치로 돌아가는 주기적인 운동을 말합니다. 단조화 진동은 간단하면서도 많은 물리적 시스템에서 나타나는 기본적인 현상입니다.
반면, 감쇠진동은 시스템의 진동이 시간이 지남에 따라 점차적으로 약해지는 것을 의미합니다. 이는 시스템 내부 또는 외부에서 작용하는 마찰력, 공기 저항 등에 의해 발생할 수 있습니다. 감쇠진동은 단조화 진동과 달리 진폭이 지속적으로 줄어들며 시스템이 소멸되거나 안정 상태로 수렴하는 것을 보입니다.
공통결론: 이번 실험에서는 자석에 의한 맴돌이 전류로 인한 감쇠 진동 특성과 외부의 주기적 힘에 의한 강제 감쇠 진동의 공명 특성을 이해하는 실험을 했습니다. 실험의 그래프는 카트의 왕복 운동 그래프도 일정한 주기를 보여주는 그래프가 나왔습니다.
하지만 4mm, 2mm등 세세하게 설정이 필요한 그래프에서는 약간의 오차가 생겨났고 실험 프로그램의 오류로 인해 결과 값이 없어지는 등 조금 아쉬웠던 실험이었습니다.
결과 보고서
실험 결과
1) 진동수 측정
실험 횟수
주기 (s)
진동수
1
1.084
0.922
2
1.096
0.912
3
1.076
0.929
4
1.086
0.921
5
1.088
0.919
평균
1.086
0.921
표준 편차
0.007
0.006

키워드

자연과학,   일반물리,   실험,   레포트