[A+] 용수철진동과 공진 결과보고서

소개글

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목차

1. 용수철 상수 k 측정하기
2. 용수철 진동 중 에너지 변환
3. 고유 진동수
4. 강제 진동

본문내용

3
5번 용수철
3.71초
2.69
(2) 진동 폭이 클 때와 작을 때 진동수에 어떤 변화가 있는지 살펴본다.
변화가 없다. 이론적으로 진동수는 진폭의 영향을 받지 않는다.
(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.)
(T=주기, f=진동수)
질량이 커지면 가속시키기 더 어렵기 때문에 진동이 느려진다.
또 용수철 상수 k가 큰 용수철을 사용하면 진동 주기는 짧아지고, 진동수는 증가하므로 진동은 빨라진다.
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.)
최대 진동폭은 22.8(최고점)-17.4(최저점) = 5.4cm이다.
(3) 진동폭을 크게 하기 위해 손가락으로 가해준 진동의 주파수는 얼마인가? 아까 3번에서 구한 고유 진동수 값과 비교해보라.
(4) 일부러 고유 진동수보다 큰 진동수, 혹은 작은 진동수로 힘을 주어보라. 진폭은 어떻게 되는가?
고유 진동수보다 큰 진동수로 힘을 주었을 때와 작은 진동수로 힘을 주었을 때 모두 고유 진동수와 비슷하게 힘을 주었을 때만큼 진폭이 최대치로 커지지 않았다.
(5) 손으로 가하는 진동의 주파수에 따라 진폭이 달라지는 이유를 설명해보라. (어려운 용어를 사용하지 않고, 초등학생도 이해할 수 있도록 직관적인 설명을 해보라.)
손으로 힘을 가할 때 용수철의 진동 방향과 같은 방향으로 힘을 가한다면 진폭은 커지지만, 반대 방향으로 힘을 가하면 상쇄되고, 다른 어떤 방향으로 가한다면 그 힘이 같은 방향으로 가했을 때만큼 작용하지 않기 때문에 손으로 가하는 진동 주파수에 따라 진폭이 달라진다.
이렇게 어떤 물체의 고유 진동수가 같은 진동수로 외부 힘이 가해질 때 진동폭이 급격하게 커지는 현상을 공진이라고 한다. 그네를 밀어줄 때 그네의 고유 진동수로 주기적인 힘을 가하는 것도 공진을 이용하는 예이다. 또한, 지진파의 진동수가 건물의 고유 진동수와 같은 경우 건물에 큰 타격을 주게 된다.

키워드

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