본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
음파와 맥놀이 실험의 목적은 다음과 같다. 첫째, 소리굽쇠로부터 나오는 음파의 주기와 진동수를 측정한다. 둘째, 소리굽쇠로부터 나오는 음파의 진폭을 측정한다. 셋째, 두 개의 소리굽쇠 소리 사이의 맥놀이를 관찰한다. 이를 통해 음파의 주기, 진동수, 진폭 등 음파의 특성과 맥놀이 현상을 이해할 수 있다. 소리굽쇠에서 발생하는 음파를 마이크로폰으로 입력받아 버니어 데이터 수집 인터페이스와 로거프로 프로그램을 사용하여 실험을 수행한다. 이 과정에서 소리파형 측정, 맥놀이 관측, 데이터 분석 등의 실험 방법을 적용한다. 실험 결과를 통해 소리굽쇠의 주기와 진동수, 진폭, 맥놀이 현상 등을 도출하고, 이에 대한 이론적 배경을 바탕으로 고찰 및 토의를 진행한다. 이러한 실험 과정과 결과를 종합하여 실험의 시사점을 도출함으로써 음파와 맥놀이에 대한 이해를 높이고자 한다.
1.2. 실험 장비
실험을 수행하기 위해 버니어 데이터 수집 인터페이스, 버니어 마이크로폰 센서, 로거프로 3 한글 프로그램, 진동수 변동이 가능한 소리굽쇠 1세트를 사용한다. 버니어 데이터 수집 인터페이스는 실험에서 발생하는 데이터를 수집하고 분석하는 데 활용되며, 버니어 마이크로폰 센서는 소리굽쇠에서 발생하는 음파를 측정하는 데 사용된다. 로거프로 3 한글 프로그램은 데이터 수집 및 분석을 위한 소프트웨어이며, 진동수 변동이 가능한 소리굽쇠를 통해 다양한 주파수의 음파를 발생시킬 수 있다.
2. 이론적 배경
2.1. 음파와 맥놀이
두 파동이 중첩되면 중첩파의 진폭이 주기적으로 변하게 된다. 만약 두 파의 진폭이 같고 위상 상수가 0이라면, 중첩파의 파동 함수는 y = 2Acos[2π(f1-f2)/2)t]sin[2π(f1+f2)/2)t]이다. 여기서 ω = 2πf이며, 진동수 fav = (f1+f2)/2이고, 진폭은 (f1-f2)/2의 진동수로 변조된 파동함수를 나타낸다.
거의 같은 두 진동수 f1과 f2의 소리가 동시에 방출되면 평균 진동수 fav를 듣게 되지만, 소리 크기는 맥놀이 진동수 |f1-f2|로 변환한다. 즉, 비슷한 진동수를 가진 두 음파가 만나면 독특한 진폭의 변화를 만들어내는데, 이를 맥놀이라고 한다.
이 현상은 공기의 진동으로 이루어지는 음파와 그것을 기록하는 마이크로폰을 통해 관찰할 수 있다. 마이크로폰의 막이 떨림을 기록하면 이것이 전기 신호로 변환된다. 주기는 하나의 완전한 사이클이 반복되어 본래의 자리로 돌아오는데 걸리는 시간이며, 주기의 역수인 진동수 f는 초당 완전한 주기운동의 횟수를 의미한다. 진폭은 압력의 중간점에서의 최대 변화량으로 소리의 크기와 밀접한 관련이 있다.
두 음파가 중첩되면 압력의 변화도 조합되는데, 이 때 맥놀이 현상이 나타난다. 진동수가 약간 다른 두 소리가 중첩되면 보강간섭과 소멸간섭이 번갈아 일어나 소리가 주기적으로 커졌다 작아지는 것이 관찰된다. 이때 소리 세기 변화의 진동수는 두 진동수의 차이와 같다. 악기 조율 시에도 이 맥놀이 현상을 활용한다. 두 진동수가 점점 가까워지면 맥놀이의 시간 간격도 점차 길어져 마침내 사라지게 되는데, 이때 두 음이 일치하게 된 것이다.
2.2. 주기와 진동수
주기는 하나의 완전한 사이클이 반복 운동하여 본래의 자리로 되돌아오는데 걸리는 시간이다. 주기는 시간당 측정량으로 보통 T라고 표기한다. 주기의 역수를 진동, f이라 하며, 초당 완전한 주기운동의 횟수를 의미한다. 진동은 헤르츠(Hz) 단위를 사용하며, 1Hz = 1s-1 이다. 따라서 주기 T와 진동수 f 간에는 f = 1/T...
