10. 조화진동(Harmonic oscillation) 실험

조화 진동(Harmonic oscillation) 실험

◎ 실험 목적
- 용수철에 매달린 물체의 운동을 측정하고 분석하여  자유로운 조화진동의 기초적인 물리 내용을 이해한다

조화 진동 - 위키백과

◎ 복원력(restoring force)
- 평형을 이루고 있는 계에서 외부로부터의 힘이 작용하여 평행 상태가 깨어졌을 때 다시 평형상태로 되돌아가려는 방향으로 작용하는 힘  [예) 스프링을 늘리거나 줄일 때 원래 상태로 돌아가려는 힘.]

  용수철은 변화된 길이에 비례하게 복원력을 만들어 준다.

가해준 힘과 돌아가려는 방향은 항상 반대로 운동방향을 의미하는 - 부호가 붙는다.

◎ 조화진동 (Harmonic oscillation)

- 진동 중에서 가장 단순하며 기본적인 형태를 가지는 진동,
  변위에 비례하는 복원력에 의한 진동, 변위가 시간에 대해 sine이나  cosine함수로 표현되는 진동.

조화진동

 

용수철의 운동을 원운동으로 볼 수 있다.

원운동하는 물체의 변위

원운동 하는 물체의 그림자를 따라 그리는데 그리는 축을 시간으로 이동하게 되면 sin, cos그래프 모양이 된다.

주기(T): 어떤 운동이 왕복되는데 걸리는 시간

진동수(f) : 단위 시간에 일어나는 진동 횟수

◎ 실험장치

•운동 센서(motion sensor), 용수철, 받침대와 지지대, 줄자, 질량 세트, 사이언스워크샵 인터페이스

조화진동 실험장치

◎ 실험방법

1. 추 걸이 질량과 용수철 질량을 잰다.
2. 추 걸이, 추의 질량을 늘려가면서 늘어난 용수철 길이를 잰다. (k를 얻고 T(이론)을 구할 수 있다.)
3. 질량을 늘려가는 순서대로 진동을 시켜서 속도-시간, 거리-시간 그래프를 얻는다.
4. 얻은 위치-시간 그래프에서부터 주기를 구한다.(5번 하고 평균값)  (그래프로부터 T(실험)을 구할 수 있다.)

사이언스 워크샵 인터페이스

 

표에 데이터를 정리하여 공식과 비교를 한다.