강제진동 실험 레포트

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목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의 및 결론
8. 참고문헌 및 출처

본문내용

1. 실험목적
- 트랙 위에서 용수철에 연결된 PAScar의 진동운동을 통해 단순조화진동, 자기감쇠진동, 강제진동과 공명의 개념을 실험적으로 알아본다.

2. 실험원리

<단순 조화 진동>
- 단순 조화 진동(Simple Harmonic oscillation)이란 한 개의 진동수를 갖고 주기적으로 반복하는 운동 또는 진동을 단순 조화진동이라고 한다. 단순 조화 진동은 주로 물체가 갖는 변위에 비례하는 복원력이 작용할 때 일어나는 현상이지만 실제로는 그 복원력의 크기가 변위에 정비례하지 않아서 완전한 조화진동을 하지 못한다. 단순 조화 진동은 일정한 주기를 가지고 반복되는 운동이므로 단순 조화 진동의 변위는 시간의 사인함수 또는 코사인함수로 표현할 수 있다. 이 때 단순 조화 진동을 식으로 표현하면

로 표현할 수 있고 이 때 는 각 진동수(angular frequency)이고 는 진폭 또는 최대변위, 는 주기이다. 여기서 한 주기가 지나면

이고 주기 , 진동수 이다.

<그림1 – 단순조화진동 (출처 : 인하대학교 일반물리학교실)>

- 단순조화 진동하는 입자는 를 따라 운동하고 이 때 속력과 가속도를 각각 구해보면

, 이다.

따라서 이고 이다.

<그림2 : 단순 조화진동의 변위, 속도, 가속도 그래프(출처 : 인하대학교 일반물리학교실)>

-용수철에 물체를 매달아 놓은 후 당겼다가 놓았을 때 이상적인 경우에서 용수철에 매달린 물체는 용수철을 따라 일정한 주기와 진폭을 갖는 단순 조화 진동 운동을 할 것이다. 용수철에 매달린 물체의 단순조화운동을 고려해 보면 뉴턴의 제2 법칙과 용수철의 탄성력에 따라 이고 이다. 따라서 단순조화진동은 변위에 비례하고 부호가 반대인 힘이 질량 인 물체에 작용할 때 나타나는 운동이라고 할 수 있다. 또한 같은 식을 뉴턴의 제 2법칙으로부터 미분방정을 풀어 보면 또는 이고 이므로 같은 것을 확인할 수 있다.

참고 자료

일반물리학 Fundamentals of Physics 개정9판 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker
Instruction Manual and Experiment Guide for the PASCO scientific Model AP-8210(Milikan Oil Drop Apparatus)
Wikipedia.com
NAVER 지식백과
인하대학교 일반물리학(11장 진동과 단순조화진동)