조화진동실험

소개글

"조화진동실험"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
(1) 조화진동
(2) 복원력
(3) 단순 조화 진동

4. 관찰 및 결과
(1) 실험결과 그래프 (위: 속도와 시간, 아래: 위치와 시간 그래프)
(2) 용수철 상수k값 구하기
(3) 주기측정
(4) 주기 측정값과 계산 값의 비교

5. 분석 및 토의
(1) 용수철의 질량을 감안한다면, 식 (3)과 비교하여 주기가 길어질까?
(2) "위치와 시간", "속도와 시간"의 그래프의 위상은 얼마나 차이가 있는가? 또한 질문에 대한 답은 이론적으로 타당한가?

6. 결론

본문내용

1. 실험제목
: 조화진동 실험

2. 실험목적
: 용수철에 매달린 물체의 운동을 측정하고 분석하여 자유로운 조화진동의 기초적인 물리 내용을 이해한다.

3. 실험이론
(1) 조화진동
정의) 변위가 시간의 사인함수 또는 코사인함수로 표현되는 진동을 얘기한다.
물체에 변위를 부여했을 때 그 변위에 비례하는 크기의 복원력이 작용하면 그 물체는 조화진동을 한다. 탄성체의 역학적 진동은 그 전형적인 예이다.

(2) 복원력
정의) 평형을 이루고 있는 계에서 외부로부터의 힘이 작용하여 평행상태가 깨어졌을 때 다시 평형상태로 되돌아가려는 방향으로 작용하는 힘이 생기는데, 이 힘을 복원력이라고 한다.

- 용수철의 복원력
평형상태에 있으며 용수철 상수가 복원력 k인 용수철의 한끝을 고정하고 다른 한끝을 잡고 변위 복원력 x만큼 잡아당기면 용수철에는 탄성에 의해 복원력 –kx의 탄성력이 작용한다. 이때의 탄성력은 본래의 상태로 되돌아가려는 복원력으로 작용한다.
안정적인 평형상태에 있던 물체가 어떤 이유로 그 평형 상태에서 약간 벗어나게 되면, 원래의 평형상태로 되돌아가려는 진동을 주기적으로 되풀이하는데, 이것은 평형상태를 지향하는 복원력을 물체가 받기 때문이다. 이러한 자유진동의 주기는 복원력과 물체의 관성에 의해서만 결정되는 고유의 값으로서, 물체의 위치와 속도에 관련이 없다.
용수철은 그 길이가 늘어나거나 줄어들면 변한 길이에 비례하는 복원력이 생긴다. 질량m의 물체를 용수철의 한쪽 끝에 연결하고 용수철의 나머지 끝은 고정시킨다고 하자. 물체와 용수철이 모두 움직이지 않는 평형상태에 있는 물체의 위치를 원점으로 하자. 이 물체가 어떤 이유로 직선 상에서 움직이게 되어, 원점으로 위치 x에 있는 순간, 이 물체는 용수철 용수철로부터 힘을 받는다.

참고 자료

김창배 외 8명, (2016) 대학 물리학 실험, 북스힐
Raymond A, Serway 외 1명, (2014), 최신대학물리학1 대학물리학교재편찬위원회 역(5판), 북스힐