헬름홀츠 공명기의 물리적 조건 변화에 따른 Q-인자 관찰

Abstract

공명은 특정 진동수에서 물체가 큰 진폭으로 진동하는 현상이다. 이 진동수를 물체의 공명 진동수라고 하며, 이 현상은 우리 생활에서 많은 피해를 일으키는 사고를 발생시키기도 했지만 때로는 유용하게 쓰이기도 한다. 라디오, 자기공명영상(MRI) 등 수많은 분야에서 공명은 생활의 편의를 가져다준다. 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)는 그의 저서 Die Lehre von den Tonempfindungen: als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik에서 여러 소리들 중 특정 주파수의 소리만을 골라내서 증폭시킬 수 있는 공명기에 대해 기술하였다. 그 주파수의 소리는 감쇠를 잘 하지 않고 크고 선명한 소리로 들을 수 있다고 했다. M. P. Robinson, J. Clegg (2005)에 따르면 Q-인자(Q-Factor)와 곡선의 피크 주파수는 전자기 시스템에서 에너지의 진행과 저장에 대한 유용한 정보를 제공해준다. 이 값이 에너지 흡수를 설명하고 그에 따라 주파수 응답의 피크점의 높이에 대해 알려주기 때문이다. 이 값은 때때로 공명의 공진 주파수 그 자체보다 중요하기도 하다. 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)는 그의 저서 Die Lehre von den Tonempfindungen: als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik에서 여러 소리들 중 특정 주파수의 소리만을 골라내서 증폭시킬 수 있는 공명기에 대해 기술하였다. 그 주파수의 소리는 감쇠를 잘 하지 않고 크고 선명한 소리로 들을 수 있다고 했다. 본 연구에서는 시중에서 구하기 쉬운 재료들을 이용할 수 있고, 실험 결과과 가시적으로 분명히 드러나기 때문에, 음료수캔과 와인병을 이용하였고, 마찬가지로 연구가 진행된 2016년 현재 3D 프린터의 보급이 많이 되었다고 판단, 다양한 구조물을 출력할 수 있는 3D 프린터를 이용한 실험을 진행하게 되었다. 또한, 고등학생들에게 낯선 헬름홀츠 공명기를 문제에서 다루어 개념 이해와 통합적인 학습 모두 될 수 있도록 새로운 시도를 해보았다.