물리 · 파동·소리 / 원리와 탐구
공명과 정상파 실험 해설
줄의 양 끝을 고정하고 흔들면 특정 진동수에서 큰 진폭과 일정한 무늬가 나타납니다. 줄 길이·파동 속력·구동 진동수·감쇠를 바꾸며 공명과 정상파를 관찰해 보세요. 움직임이 작은 마디와 가장 크게 흔들리는 배의 위치를 파장과 연결하는 활동입니다.
어떤 원리인가요?
양끝 고정 줄은 n개의 반파장이 들어가요. 선택 모드의 공명에서 응답이 최대예요.
핵심 관계
fₙ = n·v / (2L)
이렇게 관찰해 보세요
- 선택한 모드의 마디와 배를 찾아요. 구동 진동수를 바꿔 진폭을 비교해요.
- L=1 m, v=10 m/s, 1번 모드에서 4, 5, 6 Hz를 기록해요.
- 모드, 감쇠, 길이를 하나씩 바꿔 기록해요.
결과를 읽는 기준
같은 1번 모드에서 진폭이 가장 큰 구동 진동수는?
선택 모드 공명 곡선은 f₁=5 Hz에서 최대예요.
모형의 범위와 한계
양끝 고정, 선형 줄의 선택한 한 모드만 나타내는 정상 상태 포락선 근사예요. 여러 모드의 합성·과도 응답·구동 위치 효과는 생략해요. 응답 A=(0.015/감쇠)/√[1+((f−fₙ)/(감쇠·fₙ))²] m를 사용해요. 조작 가능한 구동 범위 밖의 공명은 맞추기 버튼이 범위 경계에 머물러요. 소리는 구동 진동수의 100배예요.