[물리학] 공기중의 음속 측정

목차

1. 실험 배경

2. 실험 동기

3. 이론적 배경

4. 실험 방법

5. 기대 결과

본문내용

- y0 와 y2 - y1은 반파장의 길이 λ/2 이므로 파장은 λ = 2 [ (y1 - y0) + (y2 - y1) ] 이다.
⑥ 소리 굽쇠의 진동수를 기록한다.
⑦ 실험실의 온도 t를 측정한다. ⑧ 실온 t℃때의 음속 vt 를 식 v = fλ을 이용하여 계산한다.
⑨ 위의 측정값으로 0℃때의 음속 v0를
vt = v0 ( 1 + t℃/273 ) ^ 1/2 v0 ( 1 + 0.00183 t℃ ))
에서 계산하고, 표준 값과 비교한다.
5. 기대 결과
소리굽쇠의 진동수는 일정하므로 공명지점 y0, y1, y2는 일정할 것을 보인다. 그러므로 파장의 길아 λ도 일정하고 음속도 일정하게 나올 것이다.
공기중의 음속은 식(5)에 의해 온도에 비례한다. 즉 온도가 높아지면 음속은 빨라지고 낮아지면 느려질 것이다. 그리고 공기의외의 매질 내에서의 음속은 달라질 것으로 보인다. 식(4)에 의해 밀도에 반비례 할 것으로 보이며 그러므로 헬륨,수소등 공기보다 밀도가 작은 곳에서의 음속은 더욱 빨라질 것이다. 그러나 물은 공기보다 밀도가 높으나 음속은 오히려 빨라진다. 이는 물의 체적탄성률에 의해서 일 것이다.
▶실험결과(데이터)
500
600
700
(cm)
15
12
10.2
(cm)
49.5
41
34
(cm)
84
69.5
59
(1) 과정 (5)에 의하여 파장를 계산하라.
=500일 때, = 34.5+34.5=69(cm)
=600일 때, = 29+28.5=57.5(cm)
=700일 때, = 23.8+25=48.5(cm)
(2) 식(1)에 의하여 t°C 일 때의 음속 를 계산하라.
t=22.5°C
=500일 때, ==345
=600일 때, ==345
=700일 때, ==339.5
(3) 식(5)에 의하여 0°C 일 때의 음속 를 계산하고 표준 값과 비교하라.
=345일 때, =345/(1+0.00183*22.5°C)=331.36
=339.5일 때, =339.5/(1+0.00183*22.5°C)=326.07
▶분석(오차분석)
=331.48인데 계산값으로 가 345, 339.5일 때 이 각각 331.26, 326.07이 나왔다. 약간의 오차가 있다. 오차의 원인으로는, 온도측정의 부정확함을 들수 있다. 또 소리가 커지는 지점을 정확히 잡지 못했거나 유리관이 지면과 수직이 되지 않았을 수도 있다. 또 근사값으로 계산하기 때문에 생기는 오차와, 공기의 저항에 의해 생기는 오차를 들 수 있다.
▶결론(물리적 의미-이론)
이미 진동수를 알고 있는 소리굽쇠의 진동으로 기주를 공명시켜서 그 소리의 파장을 측정함으로써 공기 중에서의 음속을 측정할 수 있다. 공기중 음속은 음의 주파수의 영향을 받지 않음을 알 수 있었다.이론적 배경에 보면 음속은 온도나 매질,밀도등에 영향을 받는다고 나온다. 이러한 음속에 영향을 주는 값을 달리해서 음속을 측정하면 음속에 대해 더욱 많은 이해를 할 수 있을 것 같다.
▶토의(의문사항 및 아쉬웠던 부분)
소리가 커지는 점을 정확히 찾지 못했던 점이 아쉬웠다. 소음측정기 등을 이용하면 정확한 지점을 찾을 수 있을 것 같다.

키워드

음속 측정,   공기중의 음속 ,   A.쿤트,   공기압,   소리굽쇠의 진동수