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친환경 건물사례 Genzyme Center

Genzyme Center would be sheathed entirely in glass, connecting the external and internal environments and making a statement about transparency. This connection with the external environment would be strengthened by a number of important employee-friendly features: operable windows, extensive indoor gardens, natural light enhancement systems and a cafeteria with sweeping views of the Charles River and the Boston cityscape. The result was among the first green buildings to be certified as LEED Platinum in 2004.

공학/기술| 2015.09.06| 3페이지| 1,000원| 조회(459)

건축, 친환경, 건물, LEED, Genzyme Center

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[물리학 및 실험] 각운동량

「 결과 보고서 」1. 실험 제목 : 각 운동량 보존2. 목적- 회전하는 물체와 회전하지 않는 물체의 충돌, 회전하는 물체의 관성모멘트의 변화등의 현상을 실험을 통해 관찰함으로써 각운동량 보존법칙과 회전운동에너지의 개념을 이해한다.3. 이론외부에서 토크가 가해지지 않는다면 모든 물체는 일정한 각운동량을 갖는다. 이것을 각운동량 보존법칙이라고 한다.이면,이면,(1)여기서 는 외부에서 가해진 토크이고 은 각운동량이다.회전하고 있는 물체의 관성모멘트가 변하면 그 물체의 각속도가 변화하게 된다. 이때, 외부에서 토크가 가해지지 않았다면(2)이 된다. 여기서 는 관성모멘트이고 는 각속도이다.회전하고 있는 디스크 위에 링을 떨어뜨렸을 때 디스크의 각속도가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 하지만 각운동량 보존법칙에 의하여 디스크의 각운동량은 링을 떨어뜨린 후의 디스크와 링의 각운동량과 같게 된다. 디스크의 관성모멘트 는(3)이다. 여기서 는 디스크의 질량이고 은 디스크의 반지름이다. 링을 올려 놓았을때의 관성모멘트는 는(4)이다. 여기서 은 링의 질량, 은 링의 안쪽 반지름, 은 링의 바깥쪽 반지름이다. 따라서 각운동량 보존법칙에 의해서(5)이 된다. 여기서 은 디스크만 회전하고 있을때의 각속도이고 은 디스크위에 링을 올려놓았을 때의 각속도이다.한편, 각운동량이 보존되는 경우라도 회전운동에너지는 항상 보존되지는 않는데, 이것은 선운동량이 보존되는 경우라도 탄성 충돌이 아닌 경우에 운동에너지가 보존되지는 않는 것과 같다. 회전운동 에너지 는(6)이다.4. 실험 방법그림A. 사각질량의 각운동량 보존(1) 사각질량에 실을 연결하여 회전막대에 끼워넣는다.(2) 그림 1과 같이 사각질량이 회전막대 위에서 움직일 때, 사각질량의 질량중심이 회전축에서부터의 최대 거리가 20cm, 최소 거리가 10cm가 되도록 stop 나사를 사각질량 양쪽에 고정시킨다.(3) 사각질량에 연결된 실을 그림 1과 같이 회전축의 중심에 통과시킨다.(4) 사각질량이 stop 나사 사이를 자유롭게 움직이는지 확인한다.(5) photogate를 ms, pendulum mode에 맞춘다.(6) 중심축을 잡고 회전막대를 회전시킨다. 사각질량이 움직일 수 있는 최대거리인 20cm까지 밀려오고 또한 회전속도가 어느정도 안정되면 photogate의 reset버튼을 눌러 회전주기를 측정한다.(7) 중심축을 회전하는 실을 잡아당겨 사각질량 거리가 최소 거리인 10cm가 되도록 한 후 재빨리 reset 버튼을 눌러 회전주기를 측정한다.그림B. 디스크와 링의 각운동량 보존(1) 그림 2와 같이 디스크를 중심축에 연결한다.(2) 중심축을 잡고 디스크를 회전시킨다.(3) 회전 속도가 어느 정도 일정해지면 photogate의 reset버튼을 눌러 회전주기를 측정한다.(4) 회전하고 있는 디스크 위에 링을 올려놓고 재빨리 reset버튼을 눌러 회전주기를 측정한다.5. 실험 결과* 실험시 주의 사항1. 시간과 시간측정시 시간이 너무 지체되면 오차가 커지므로 되도록 빨리 측정하도록 한다.2. 회전축의 마찰이 심하면 오차가 적어지도록 적당한 윤활류를 바른다.: photogate로 측정된 시간,주기가 된다.: 각속도: 관성모멘트: 각운동량: 회전운동에너지: 디스크의 질량: 디스크의 반지름: 링의 질량: 링의 안쪽 반지름: 링의 바깥쪽 반지름:이론값A. 사각질량의 각운동량 보존* 20cm() -+ 10cm()횟수10.3150.2123.9875.9240.0090.0093.389%0.0190.0270.0296.663%20.3230.2253.8885.5820.0090.0086.659%0.0180.0240.02812.875%30.3310.2393.7945.2550.0090.0089.950%0.0170.0210.02618.911%* 10cm() -+ 20cm()횟수10.2820.1784.4537.0560.0100.0113.010%0.0240.0390.0376.110%20.2910.1824.3166.9010.0100.0103.961%0.0220.0370.0348.079%30.3020.1854.1586.7890.0100.0106.141%0.0210.0360.03212.660%B. 디스크와 링의 각운동량 보존1.426kg11.5cm1.4265.38cm6.37cmxx* down() -+ up()횟수10.1150.18710.9216.7160.0980.0944.246%0.5380.3170.3458.313%20.1190.19410.5546.4740.0950.0914.491%0.5020.2940.3238.780%30.1240.20310.1296.1870.0910.0864.890%0.4630.2690.2979.542%* up() -+ down()횟수10.1040.15812.0767.9490.1090.1112.488%0.6580.4440.4225.038%20.1060.15911.8497.8990.1060.1113.802%0.6330.4380.4077.748%30.1070.16011.7387.8500.1050.1104.126%0.6220.4330.3998.423%6. 분석 및 토의1. 각각의 경우 각운동량이 보존되는가?: 각운동량인데 각운동량은 각속도의 영향을 받게 되는데 각속도가 시간에 의해서 미미한 변화를 가졌지만 그리 큰 차이를 보이지 않았다. 하지만 약간의 각속도의 변화도 각운동량에 영향을 주므로 각운동량이 완벽하게 보존되진 않았지만 오차는 적게 나온거 같다.2. 각각의 경우 회전운동에너지가 보존되는가? 그 이유는 무엇인가?: 회전운동에너지인데 각운동량이 각속도에 비례하였다고 하면 회전 운동에너지는 각속도의 제곱에 비례하게 돼서 각운동량보다 오차가 좀더 크게 나왔다. 오차의 이유로 대표적인건 실험자들간의 타이밍이 정확히 맞지 않아서가 가장 큰 오차의 이유라고 생각하고 실도 오차의 이유중 하나라고 생각한다. 또 링을 놓거나 들때 손에의한 저항으로 오차가 있을수도 있고, 받침대의 수평문제도 오차로 들수있다.3. 각운동량이 보존되는 현상 때문에 나타나는 생활속의 현상들은 어떤 것들이 있는가?사각의 스프링 그물 같은 곳에서 뛰다가 몸을 회전시키는 트램폴린을 할 때도 기본 요령은 뛰어 오르면서 몸을 재빨리 둥글게 구부리는 것이다. 그래야 회전 관성이 작아져 몸을 쉽게 회전시킬 수 있다.2단 평행봉 연기에서 선수들은 양손을 축으로 회전을 크게 한 다음 지상으로 몸을 던지면서 몸을 둥글게 모아 두세 번의 공중 회전을 보여준다. 이것은 회전축이 철봉에서 체조 선수의 무게 중심을 지나는 선으로 바뀌면서 체조 선수의 회전 속도가 증가하기 때문에 가능한 일이다. 이것을 좀더 과학적으로 풀어보자.회전하는 물체의 운동을 나타내는 물리량을 물리학에서는 각운동량이라고 한다. 이것은 회전관성과 각속도의 곱으로 나타나는 양이다. 한 계에서 회전 상태를 변화시키려는 토크가 작용하지 않는 한 계의 각운동량은 보존된다. 이러한 사실은 피겨스케이팅 선수의 회전으로 쉽게 확인할 수 있다. 피겨 스케이팅 선수들이 양팔을 완전히 쭉 펴고 회전을 하다가 양팔을 가운데로 모으면 회전속도는 매우 빨라진다. 양팔을 가운데로 모았다는 것은 회전 관성을 줄인다는 말이다. 외부에서 회전을 변화시키려는 토크가 작용하지 않는 상태에서 회전관성을 줄였으므로 각운동량이 보존되기 위해서는 회전속도를 증가시켜야 한다. 반대로 다시 팔을 펴면 회전 관성이 증가하므로 회전 속도는 감소한다. 물론 이 때 팔을 폈을 때와 모았을 때의 각운동량은 보존된다.

자연과학| 2010.11.30| 7페이지| 1,000원| 조회(132)

물리학실험, 물리학, 물리학및실험, 회전 속도, 회전주기

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[물리학 및 실험] 가상실험

「 결과 보고서 」1. 소리의 전달 - Sound wave소리의 파동은 종파의 형태로 보내집니다.우리 주위의 대부분의 정보는 파동의 형태로 옵니다. 귀로 들리는 소리, 눈에 들어오는 빛, 텔레비젼과 라디오에 수신되는 전자기파 등이 파동운동에 의하여 전달되는 것입니다. 파동운동으로 두 점 사이에서 물질의 이동없이 에너지를 파원으로부터 수신하는 곳까지 전달할 수 있습니다.파동운동의 특징은 파동이 전달되는 물질은 원래의 위치에 있고 그 변형만 지나간다는 것입니다.2. 직류 vs 교류 - DC vs AC직류는 DC로 나타내며 한쪽 방향으로만 전류가 흐릅니다. 건전지의 단자는 항상 같은 극을 유지하기 때문에 전기회로에서는 한쪽 방향으로만 전류가 흐릅니다.건전지의 양극에서 떠밀려난 전자는 양극으로 이끌려 가면서 한쪽으로만 흐릅니다.교류는 AC로 나타내며 전류는 일정한 방향이 없이 교대로 흐릅니다. 이것은 전압이 바뀌기 때문입니다.우리나라의 경우 60Hz, 즉 1초에 60번 방향이 바뀝니다.3. 파동의 중첩 - Superposition물질은 같은 위치에 두개의 물질이 존재할 수 없지만, 파동은 두개 이상의 파동이 동일한 공간과 동일한 시간에 존재할 수 있습니다. 연못에 두 개의 돌을 던지면 각각의 파동에 의한 간섭무늬가 생깁니다. 간섭무늬에서는 파동효과가 증가하거나, 감소되거나, 또는 그대로 있기도 합니다.서로 간섭하는 두 개의 파동은 근본적으로 독립된 파동이며, 서로에게 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있습니다.4. 전류 - Current열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 이와 마찬가지로, 양끝의 전압이 다른 도체에서는 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 전하가 이동합니다.→ 열이 온도가 같아질 때까지 계속 이동하는 것처럼, 전하도 양끝의 전압이 같아질 때 까지 계속해서 흐릅니다.전류가 흐를 때전자들은 전지의 (+)극 쪽으로 이동합니다.전류가 흐르지 않을 때전자들이 여러 방향으로 자유롭게 움직이므로, 전체적으로는 전자의 이동이 없습니다.→ 도체 내 전하의 흐름을 계속 유지하기 위해서는 도체 양끝의 전위차를 계속 유지시켜 주어야 합니다. 건전지나 전원장치가 이러한 일을 해줍니다.전하의 흐름을 전류라고 합니다.5. 점전하가 만들어내는 전기장전기력은 중력과 같이 서로 접촉하지 않고도 작용합니다. (비접촉력) 전기력은 전하에 의하여, 중력은 질량에 의하여 역장이 존재합니다. 행성 또는 질량이 있는 모든 질량 주위에 중력장(gravity field)이 존재하는 것과 마찬가지로, 모든 전하의 주위에는 전기장(electric field)이 존재합니다. 전기장은 크기와 방향을 가지고 있지요. 전기장은 벡터(vector) 화살표로 나타낼 수 있습니다. 벡터로 표현되는 전기장의 방향은 전기력의 방향과 같습니다.6. 옴의 법칙 - Ohm's law전압, 전류와 그리고 사이의 관계는 옴(ohm)의 법칙으로 불리우는 식으로 요약된다. 옴은 회로내 전류는 회로에 걸린 전압에 직접 비례하고 회로의 저항에 반비례한다는 것을 발견하였다7. 원자에 의한 복사의 흡수와 방출핵 주위를 돌고 있는 전자는 입사하는 광자를 흡수할 수 있습니다. 그런 후에 전자의 에너지 준위는 높아져서 더 긴 반지름을 가지는 궤도로 옮겨갑니다. 여기된 상태에 있는 동안, 전자는 흡수했던 광자를 재방출하고 바닥상태로 되돌아갑니다. 광자의 방출되고 곧바로 궤도가 바뀌면서 다시 흡수되는 것(가상 광자 방출)도 포함된 현상을 관찰할 수 있음을 유의하기 바랍니다.8. 전자기 공명콘덴서의 방전에 의해서 흐르는 전류는 코일의 자기장을 변화 시키고, 자기장의 변화는 기전력을 발생시켜 콘덴서를 충전시킵니다.

자연과학| 2010.11.30| 3페이지| 1,000원| 조회(138)

물리학실험, 물리학, 물리학및실험, 간섭무늬, 파동효과

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[물리학 및 실험] RLC회로의 임피던스

「 결과 보고서 」1. 실험 제목 : RLC회로의 임피던스2. 목적- 저항(resistor), 인덕터(inductor) 및 축전기(capacitor)로 구성된 교류회로에서 주파수에 따라 변화하는,를 각각 측정하고, RLC회로의 임피던스 Z를 구한다.3. 이론직류(DC)회로에서 전류는 같은 방향으로 흐른다. 교류(AC)회로에서 전류는 한쪽 방향으 로 잠깐 흘렀다가 방향을 바꾸어 역방향으로 같은 시간 동안 흐르고는 다시 방향을 바꾼 다. 이러한 변화는 1초에 여러 차례 반복된다. 60Hz의 교류 회로에서는 1초에 120번의 방 향 변화가 일어난다. 이와 같이 교류에서는 전압 E와 전류 I의 순간 값은 계속 변한다. 이 때의 전압 E와 전류 I는 다음과 같이 표현할 수 있다.(1)(2)여기서과은 각각 최대전압과 최대전류이며,는 시간, 각진동수는또는이고,는 주파수로서 헤르츠(Hz)로 표시되며는 초기의 위상각이다. 이와 같은 교류전압를 그림1과 같이 저항R, 인덕턴스L, 축전기C의 직렬회로에 걸리게 하는 경우 를 생각하자.그림이 회로에서 R, L, C 각각에 걸리는 전압,,는(3)(4)(5)이다. 따라서 교류전압는(6)이다. 한편, 식(2)의 전류를 식(3), 식(4), 식(5)에 대입하면(7)(8)(9)가 되며,과는와 각각, -의 위상차를 가지고 있음을 식(8), (9)에서 알 수 있다. 따라서과가 최대값,에 도달하는 시간 역시과 비교하여, -의 위상차차를 갖게 된다. 이를 벡터 도형법을 써서 표시하면, 그림 2와 같이 되며, 이로부터(10)그림 2이 된다. 또한, 식(8)과 식(9)에서의 최대 전압은일 때 각각 일어나므로 그때의 최대전압을,이라 하면(11)(12)(13)이 된다. 여기서 직류 회로의 옴의 법칙에서에 해당되는과을 각각 유도 리액턴스(inductance reactance), 용량 리액턴스(capacative reactance)라 한다. 즉,(14)(15)이다. 식(13)에서을 H(henry)로를 Hz로 표시하면은(ohm)으로 표시되고, 식(15)에서를 F(farad),를 Hz로 표시하면도 역시(ohm)으로 표시된다. 따라서 RLC 회로에서 각각 최대 전압,,은,,이므로 직류회로의 저항에 해당하는 교류 회로의 임피던스는 식 (10)에 의해서(16)가 되며, 위상각는(17)이다.4. 실험 방법A. RL 회로(1) RL 직렬회로를 꾸민다.(2) Function Generator의 악어잭을 Output - 50(Output - TTL에 연결하면 안됨)에 연결한 후 Function Generator의 Amplitude를 돌려서 I=0.50mA가 되게 한다.(3) 그때의 전체전압을 측정한다. 또한 저항R에 걸리는 전압과 코일 L에 걸리는 전압을 측정한다.(4) 전류를 0.50mA씩 증가시켜 2.00mA가 될 때까지 과정 (2), (3)을 반복한다.(5) 위의 데이터로부터- I ,- I ,- I 의 그래프를 그린다.(6) 위의 그래프의 기울기로부터 저항 R과 인덕턴스, 임피던스 Z값을 구한다.(7) 또한 임피던스이 되는가를 확인하고 위상각를 구하여 R과 L에 걸리는 전압의 위상차를 구한다.B. RC 회로(1) RC 직렬회로를 꾸민다.(2) ⓑ의 (2)～(7)까지의 단계와 같은 방법을 저항 R과 축전기 C에 대하여 반복한다.C. RLC회로(1) RLC 직렬회로를 꾸민다.(2) ⓐ의 (2)～(7)까지의 단계와 같은 방법을 저항 R과 코일 L, 축전기 C 대하여 반복한다.(3) 주파수의 변화에 따른 임피던스의 변화를 살펴보기 위하여 주파수를 변화시켜 실험을 반복한다.5. 실험 결과* 실험시 주의 사항1. 전류값과 주파수값은 기준값과 어느정도 비슷하게 맞추면 된다.실험 예)10khz10.1670.50mA0.4970.8730.1660.8961.7570.3341.8031.78810.7662. 전류계는 직렬로, 전압계는 병렬로 연결한다.3. Function Generator의 frequency를 조절하여 기준 주파수에 맞춘 후, amplitude를 조절하여 전류값을 기준 전류값에 맞춘다.: 주파수: 실험시 교류의 주파수를에 맞춘다.: 전류값: 실험시 흐르는 전류값을에 맞춘다.: 저항에 걸리는 전압: 코일에 걸리는 전압: 축전기에 걸리는 전압: 전체 전압: 저항: 유도 리액턴스: 용량 리액턴스: 임피던스:,,: 위상각,,,* 전류계는 4mA 교류전류() 측정에, 전압계는 교류전압() 측정에 맞춘다.A.회로10khz10.057khz0.50mA0.5000.8900.1700.9151.7800.3401.8301.81210.8141.00mA1.0011.7510.3361.8011.7490.3361.7991.78110.8621.50mA1.5022.6170.5022.6921.7420.3321.7921.77410.8592.00mA2.0003.4850.6663.5861.7430.3331.7931.77510.819B.회로10khz10.034khz0.50mA0.5000.8890.2340.9221.7780.4681.8441.839-14.7471.00mA0.9991.7500.4581.8151.7520.4581.8171.811-14.6661.50mA1.4942.6060.6782.7041.7440.4541.8101.802-14.5832.00mA2.0023.4850.8953.6171.7410.4471.8071.797-14.403C.회로10khz10.025khz0.50mA0.5030.8970.1700.2350.9101.7830.3380.4671.8091.788-4.1451.00mA1.0001.7550.3350.4581.4811.7550.3350.4581.7811.759-4.0011.50mA1.5022.6330.5000.6802.6631.7460.3330.4581.7731.750-3.9262.00mA1.9986.8800.6640.8923.5403.4430.3320.4461.7723.445-1.898D.회로 (주파수의 변화에 따른 임피던스의 변화)5khz5.0051.00mA1.0042.5640.2451.2932.7972.5540.2441.2882.7862.759-22.23110khz10.0251.00mA1.0001.7550.3350.4581.7811.7550.3350.4581.7811.788-4.14515khz15.0981.00mA1.0061.3680.3940.2381.3851.3600.3910.2371.3771.3696.50620khz20.0701.00mA0.9991.1600.4430.1511.2221.1610.4430.1511.2231.19714.1296. 분석 및 토의1. 같은 전류값에서 RL, RC, RLC 회로의 위상각를 비교하여라.- 1mA일때의 각각의 위상각을 보면 RL: 10.862, RC : -14.666, RLC : -4.001로 나타남을 볼 수 있다. (전류의 값에 따라 위상각의 차이는 크지 않기 때문에 한 개만 비교해보아도 될 것이다.) 이를 비교해 보면 가장큰 위상각의 보이는 것은 RL회로이고, 가장 작은 위상각을 보이는 것은 RC회로이다.2. 또 전류값이 증가함에 따라 각각의 회로에서의 위상각는 어떻게 변하는가?- 전류값에 변화에 따른 위상각의 차이는 크게 보이지 않았다.( C실험에서 마지막 결과값은 이상한 것 같아 다시 실험을 하여보았었으나 계속 같은 값이 나와 이유를 알 수 없었다. 이를 제외하고는 같은 주파수에서 전류값의 증가에 따른 위상각의 차이는 없다고 볼수 있다.)

자연과학| 2010.11.30| 6페이지| 1,000원| 조회(635)

물리학실험, 물리학, 물리학및 실험

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[물리학 및 실험] 공명

「 결과 보고서 」1. 실험 제목 : 공명2004200116 김현준2. 목적- 음파에 의해 플라스틱 공명관의 기주에 형성된 정상파로부터 공명진동수를 구하고 진폭의 최고점 및 최저점의 위치를 측정하여 파장을 계산함으로써 음속을 측정한다.3. 이론※ 공명이란?소리[音]나 보통의 역학적 진동, 전기적 진동 등 모든 진동에 일어나는 현상인데, 이중에서 전기적·기계적 공명일 때는 공진(共振)이라고도 한다. 일반적으로 외부에서 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 고유 진동수와 외부에서의 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다. 또 진동체가 서로 연결되어 있는 경우, 양쪽 진동수가 같으면 공명에 의해서 에너지를 서로 교환하기 쉽게 된다.예를 들면, 진동수가 같은 소리굽쇠[音叉]를 접근시켜서 한쪽을 때리면 거기에 따라 다른 쪽 소리굽쇠도 울리기 시작하는데, 이것은 공기를 매체(媒體)로 해서 일어나는 소리굽쇠의 공명현상이다. 또 공명상자에서 소리가 강해지고, 동조회로(同調回路)로 특정한 파장의 전파(電波)를 선택적으로 검출할 수 있는 것도 모두 공명에 의한 것이다. 고층건물이나 교량, 기다란 회전체 등에서 공진이 일어나면 큰 이상진동(異常振動)이 생겨 파괴되는 경우도 있다.공명을 이용하면 약한 힘을 되풀이함으로써 큰 진동을 얻을 수 있는데, 공명이 일어나는 모양은 진동에 대한 저항의 대소에 따라 다르다. 보통 저항이 커서 감쇠하기 쉬운 진동계에서는 공명할 때 진폭이 비교적 적게 증가하지만, 진동체의 고유진동수와 외부 힘의 진동수에 큰 차이가 있어도 공명에 가까운 진동을 한다. 이에 비하여, 저항이 작아서 감쇠하기 어려운 진동계에서는 진동수에 근소한 차이가 있어도 공명시보다 훨씬 작은 진동이 증가하고, 대신 공명시의 진폭은 커진다.※ 소리의 음속??소리는 모든 물질을 전파하는데, 그 전파속도(음속)는 밀도에 따라 다르다. 이것은 소리의 파동이 원래 압축(밀도 변화)에 대한 물체의 탄성(彈性)에 의해서 일어나는 것에 기인하는데, 일반적으로 물질의 부피탄성률을 B℃의 기압하에서는 331m/s, 15℃에서는 약 340m/s가 된다. 다만 외기(外氣)에서의 소리의 전도는 대기 그 자체가 끊임없이 변동하므로 균일하지 않고 그 때의 기상조건에 강한 영향을 받는다.예를 들면, 바람이 불고 있을 때는 바람이 불어가는 쪽으로는 소리가 빨리 전도되고, 바람이 불어오는 쪽으로는 소리의 전도가 늦다. 또 햇살이 강한 낮에는 대기가 상층으로 갈수록 온도가 낮고 음속이 작기 때문에 지표면 가까이에 있는 음원에서 나온 소리는 굴절하여 위쪽으로 흩어져 버리지만, 밤 또는 낮이라도 대기 속에 온도의 역전층(逆轉層)이 생기는 조용한 겨울의 이른 아침 등에는 소리가 지표면을 향해 구부러져서 멀리까지 전파한다.[출처 : 네이버 백과사전]A. 공명관(resonance tube)에서의 정상파정상파는 줄에서 들어가는 파와 나오는 두개의 파가 서로 간섭하여 발생한다. 따라서 공명장치를 통한 음파의 반사에 의해서도 정상파가 형성될 수 있다. 줄에서 형성되는 정상파에는 움직이지 않는(즉, 진폭이 0인) 지점인 골(node)과 파동에 의해 움직이는(즉, 진폭이 최대인) 지점인 마루(antinode)가 있으며 이곳에서 진폭은 시간에 따라 상하로 진동한다.마찬가지로 공명관에서의 음파에 대해서도 골(node)와 마루(antinode)가 형성되는데 이 곳에서는 음파의 진폭이 각각 최소치와 최대치를 갖는다. 즉, 두개의 파가 서로 180도 만큼의 위상차를 갖게되는 지점에서는 상쇄 간섭으로 진폭이 최소가 되는 골(node)이되고 위상이 서로 같을때는 보강간섭으로 마루(antinode)가 된다. 공명관에서의 음파는 이러한 골과 마루의 위치를 갖게된다. 음파의 반사는 공명관의 끝이 막혀있을 때나 열려있을 때 모두 일어난다. 만일 한쪽이 막혀있다면 파는 진행할 곳이 없게 되어 그 곳에서 골(node)를 형성하고 열려있다면 그 반대의 현상이 일어나게 된다.B. 공 명위에서 언급된바와 같이 파동이 한쪽 끝에서 반사되어 원래의 파와 간섭할 때 정상파가 발생한다. 그러나 음파는 실제로진폭도 완전 보강간섭 때의 크기보다는 작게된다.그러나 특정한 진동수에서는 모든 반사파들의 위상이 동일하게되어 아주 높은 진폭의 정상파를 형성하는데 이것을 공명이라 한다. 공명조건은 다음과 같이 주파수보다는 파장에 의해 쉽게 이해되어진다. 소리의 파장을라하고 공명장치의 길이를 L이라 하면 공명조건은 다음과 같이 주어진다.(양쪽다 막혀있거나 열려 있을때)(한쪽만 막혀 있을때)단,일 때 위의 공진조건을 만족하는 주파수(파장)를 기본 주파수(파장)이라 하고 이는 주어진 경계조건에서 나올 수 있는 가장 낮은 주파수(긴 파장)가 되고 n=2일 때를 배진동(2nd harmonics) 또는 1st overtone이라 한다. 일반적인 n 에서는 n번째 배진동 또는 (n-1)th overtone이 된다. 위의 공식은 1차원적인 선의 경우에 유도된 것으로 실제 실험에서와는 차이가 있다. 지름이 d인 관의 경우 좀더 정확한 공식은 다음과 같다.(양쪽다 막혀있거나 열려 있을때)(한쪽만 막혀 있을때)단,그림C. 음 파스피커에 교류 신호가 가해지면 스피커의 진동판의 진동에 의해 음파가 발생한다. 발생된 음파는 공기를 통해 전달된다. 음파는 공기 분자의 종적인 진동으로 구성되어있다. 만일 스피커 주위에 있는 공기의 매우 작은 부피를 육안으로 관찰할 수 있다면 공기 자체가 진행하는 것이 아니라 가해진 신호의 주파수로 앞뒤로 진동한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이것은 기다란 용수철의 일부를 길이 방향으로 퉁길 때 나타나는 탄성파의 전파와 비유된다. 한편 흔히 볼 수 있는 기타줄에서의 파동과는 서로 다른 점이 있는데 기타줄에서는 진동이 횡적으로 파동의 진행방향과 수직하다는 점이다. 음파에서 작은 공기부피의 진동방향은 그 파동의 진행방향과 동일하다. 이 때문에 음파를 종파라 한다. 음파를 이해할 수 있는 다른 하나의 방법은 그것을 수축과 이완의 연속으로 파악하는 것이다. 스피커에서 신호가 발생하면 스피커 근처의 두께가 얇은 공기층이 순간적으로 오른쪽으로 이동하여 바로 오른쪽에 있는 층의 공기 간다. 반면에 이완되면 스피커가 왼쪽으로 이동하게 되면 스피커 근처에 공기 분자의 수가 있는 공기층이 다시 새로 생긴 희박한 즉 소(疎)한 층으로 이동하게된다. 스피커의 팽창과 수축을 주기적으로 반복하면 종파가 일정한 속도로방향으로 전파해 나간다. 음파는 모든 방향으로 진행하지만 공명장치를 이용하여 일차원적인 음파의 진행을 관측할 수 있다.진동수가인 음파가 공기중에서 전파하는 속도를, 그 파장을라고 할 때 다음의 관계식이 성립한다.(1)공기 또는 유체 속에서의 음속은 다음과 같이 나타낼 수 있다.(2)여기서는 정적비열에 대한 정압비열의 비,는 공기의 압력,는 공기의 밀도를 의미한다. 기체상태방정식을 이용하면 (2) 식을 다음과 같이 온도의 함수로 유도할 수 있다.(3)여기서는 임의 온도oC에서의 음속,는 0 oC에서의 음속,는 1/273을 각각 나타내며 표준상태에서는 331.5m/s이므로 (3) 식을 다음과 같이 간단한 식으로 바꿀 수 있다.(4)4. 기구 및 장치① 공명관(resonance tube)② 교류발진기(function generator)③ 오실로스코프④ 스피커(speaker)5. 실험 방법A. 공명주파수 측정① 공명관, 오실로스코프, 교류발진기를 설치하고 오실로스코프의 쓸기속도(sweep speed)를 약5ms/div, channel 1의 이득(gain)을 5mV/div로 맞춘다.② 먼저 열린관에 대해서 교류발진기의 출력진동수를 약 100Hz에 맞추고 스피커에서 소리가 들릴 정도로 진폭의 크기를 조절한 후에 오실로스코프를 스피커 출력에 트리거(trigger)한다.③ 진동수를 천천히 증가시키면서 소리를 주의 깊게 듣는다. 보통 교류발진기와 스피커가 고주파수에서 효율이 높기 때문에 진동수를 증가시키면 소리가 더 커지게 된다. 어느 정도 상대적으로 소리의 크기가 최대인 진동수를 찾은 후에 단자를 앞뒤로 조절하면서 소리 크기의 최대점을 보다 정확히 찾는다.이 최대점이 바로 한 개의 공명방식이며 그 때의 진동수가 최소 공명진동수로서, 이를 실험결과의 표에 막대를 다른 적당한 물체로 지지해야 함) 닫힌 관의 형태를 만든 후에 위의 실험을 반복하여 그 결과를 표에 기록한다.⑦ 각 기주의 구조에 대해서(열린 관 또는 닫힌 관) 측정한 공명진동수()를 최소 공명진동수()로 나눈 숫자들이 정수의 수열을 이루는지 점검하고 만약 그렇지 못하다면 어디에 오차가 있었는지 확인하여 다시 정확한 최소 공명진동수를 찾아본다.B. 음속 측정① A의 ①~③의 과정을 반복하여 공명진동수를 찾는다.② 마이크를 단자용 지지대 끝에 달아서 스피커 설치대의 구멍을 통해 관안으로 집어 넣는다. 마이크를 점점 더 깊이 안으로 넣으면서 오실로스코프 신호의 최대점과 최소점의 위치를 표시한다. 마이크를 끝까지 넣을 수 없을 정도로 단자선이 짧을 때는 관의 입구 쪽 끝을 조사하면 된다. 단 관의 열린 끝에서는 특별히 파동의 특성에 유의해야 한다.③ 적어도 6개의 공명진동수에서 위의 실험과정을 반복하여 그 결과를 기록한다.④ 피스톤을 관에 넣고 마이크가 닿을 수 있는 최대지점까지 이동시킨다.⑤ 이와 같이 새로 구성된 닫힌 관 구조에 대해서 위의 실험을 반복하여 그 결과를 기록한다.⑥ 실험결과로부터 각각의 진동수에 대하여 파동의 형태를 모눈종이에 그려서 진폭의 최고점과 최저점을 찾아 내어 파장을 구한다.⑦ 음속을 계산하여 예상되는 값과 일치하는지 검토하고 그 결과를 분석하라.6. 실험 결과A. 공명주파수 측정① 열린 관의 공명진동수진동수()305.74Hz1476.11Hz1.557676.84Hz2.214860.19Hz2.8131058.8Hz3.463② 닫힌 관의 공명진동수진동수()277.20Hz1418.10Hz1.508625.94Hz2.258816.67Hz2.946920.34Hz3.320B. 음속 측정파장 =소리의 속도 = 공명진동수 * 파장① 열린관====================================================================공명진동수 1마이크의 위치최고점최저점03265xxxxx공명진동수313.13Hz총거리차65cm

자연과학| 2010.11.30| 9페이지| 1,000원| 조회(302)

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