폰으로 듣는 병 불기 공명
Bottle resonance
빈 병을 «부—» 하고 불면 소리가 나는데, 물을 부으면 왜 높아질까요?
무슨 일이 일어났나
병 입구를 비스듬히 불면 공기 줄기가 입구 가장자리에서 떨고, 병 속 공기가 자기에게 맞는 진동수로 크게 울립니다(공명).
병 바닥은 막혀 있어 한쪽 막힌 관처럼 울리고, 엔진은 첫 공명을 소리 빠르기 ÷ (4 × 공기 기둥 길이)로 셉니다 — 20 °C 에서 0.2 m 면 429 Hz 입니다.
물을 부어 공기 기둥을 0.15 m 로 줄이면 엔진은 572 Hz 를 셉니다 — 짧을수록 높습니다.
실제 병은 목이 좁고 몸통이 둥글어 이 단순 관 계산과 숫자가 다를 수 있으니, 폰으로 잰 값과 견주어 봅니다.
이 쪽은 마이크 소리를 진동수별 세기(스펙트럼)로 나눠 가장 센 봉우리를 찾습니다 — 엔진 시험에 880 Hz 소리를 넣으면 약 880 Hz 에서 봉우리를 찾아냅니다.
💡 생활 속 예시
- 음료수 병 몇 개에 물을 다르게 담아 «부—» 불면 친구들과 서로 다른 높이로 화음을 맞춰 볼 수 있습니다.
- 주전자에 물을 받을 때 «꼴꼴» 소리가 점점 높아지는 것도 남은 공기 기둥이 짧아지기 때문입니다.
🧪 해 보기
- 빈 플라스틱 병(또는 유리병)을 쟁반 위에 세우고, 이 쪽의 «시작» 을 눌러 마이크를 켭니다.
- 아랫입술을 병 입구에 살짝 대고 입구 가장자리를 비스듬히 불어 «부—» 소리를 냅니다.
- 화면의 «가장 센 소리» Hz 를 적고, 자로 병 입구에서 물 위(빈 병은 바닥)까지 공기 기둥 길이를 잽니다.
- 물을 조금씩 부어 가며 같은 방법으로 3~4 번 재고, 길이와 Hz 를 표로 적습니다.
- 공기 기둥이 짧아질수록 Hz 가 어떻게 바뀌는지, 엔진 계산(0.2 m → 429 Hz)과 견주어 봅니다.
- ⚠️ 유리병은 쟁반 위에 세운 채로만 불고 들고 다니지 않습니다 — 깨지지 않는 플라스틱 병이면 더 좋습니다.
- ⚠️ 병 소리는 녹음하지 않고 이 화면의 세기 그림으로만 보여 주며, 폰 밖으로 보내지 않습니다.
- ⚠️ 어린이는 어른과 함께 하고, 물을 부을 때는 바닥이 젖지 않게 쟁반 위에서 합니다.
누가 왜 찾았나
1850 년대 헤르만 헬름홀츠는 하나하나 한 진동수에만 반응하도록 맞춘 놋쇠 공명기를 만들어, 섞인 소리 속에서 그 음만 가려 들었습니다(스미스소니언). 공명기의 제 음이 울리면 귀에 대고 가장 세게 울렸다고 하는데, 병을 불 때 병 속 공기가 한 음으로 크게 우는 것도 같은 공명입니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 역학과 에너지 · 탄성파와 소리 [12역학03-05]
- 일본 · 高等学校 物理基礎 (2) 様々な物理現象とエネルギーの利用
출처
이어서 보기
같은 단원 · 소리
- 개념도플러 효과
- 개념메아리 (소리의 반사)
- 개념소리의 크기 (데시벨) (소리의 세기)
- 개념소리의 높낮이 (진동수)
- 개념관 속 공기의 울림 (기주 공명)
- 개념맥놀이
- 개념소리의 발생과 전달
- 개념소리의 간섭
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