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그림은 공기 중에 있는 한쪽이 닫힌 관에 형성되는 정상파의 한 예를 나… | [변리사 1차] 18년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 18년 1회차
그림은 공기 중에 있는 한쪽이 닫힌 관에 형성되는 정상파의 한 예를 나타낸 것이다. 관의 길이는 L이다. 
문제 이미지
이 관에 형성되는 정상파의 진동수를 갖는 두 음파가 중첩되어 맥놀이 현상이 나타날 때, 맥놀이 진동수의 최솟값은? (단, 공기 중에서 음파의 속력은 v 이다.)
1
v/4L
2
v/2L
3
3v/4L
4
5v/4L
5
7v/4L
해설

맥놀이 진동수는 두 음파의 진동수 차이이고, 한쪽이 막힌 관에서 이웃한 고유 진동수의 간격이 v2L\dfrac{v}{2L}이므로 그 최솟값은 v2L\dfrac{v}{2L}이다.

그림처럼 한쪽 끝이 닫힌 길이 L의 관에서는 닫힌 끝이 마디, 열린 끝이 배가 되어 L=(2n−1)λ4L=(2n-1)\dfrac{\lambda}{4}를 만족한다. 따라서 고유 진동수는 fn=(2n−1)v4Lf_n=\dfrac{(2n-1)v}{4L}로 홀수 배음만 나타난다.

가능한 진동수는 v4L, 3v4L, 5v4L, ⋯\dfrac{v}{4L},\ \dfrac{3v}{4L},\ \dfrac{5v}{4L},\ \cdots이고, 서로 다른 두 진동수의 차이가 가장 작아지는 경우는 이웃한 두 값을 고를 때다.

맥놀이 진동수 fbeat=∣f1−f2∣f_{beat}=|f_1-f_2|의 최솟값은
3v4L−v4L=2v4L=v2L\dfrac{3v}{4L}-\dfrac{v}{4L}=\dfrac{2v}{4L}=\dfrac{v}{2L}

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