기타과학실험2014. 3. 17. 00:00

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레이저포인터를 이용한 리사주 곡선 표시장치를 만들어 보았다. 


리사주 곡선은 프랑스의 쥘 리사주(Jules Antoine Lissajous, 1822.3.4 ~ 1880.6.24)에 의해서 발견된 곡선인데, 진동방향이 서로 90도인 파동이 합성되어 나오는 곡선이다. 




버려지는 카드와 나무토막, 네오디뮴 자석, 압정, 코일 등을 이용해서 만든, 리사주 곡선을 표시하는 장치의 모습이다. 


카드를 잘라서 중간에 작은 거울을 붙이고, 이 거울을 통해서 레이저포인터의 빛이 반사되도록 한다. 하나의 카드조각은 수직으로 부착해 주고, 나머지 카드조각은 수평으로 부착해 준다. 수직으로 붙어있는 카드조각은 레이저포인터의 빛이 위아래로 움직이도록 하는 역할을 하고, 수평으로 붙어있는 카드조각은 레이저포인터의 빛이 좌우로 움직이도록 해 준다. 


카드조각의 끝 부분에는 네오디뮴 자석을 부착하고, 그 앞에는 빨대에 코일을 감은 장치를 두어서, 전기적인 진동에 의해서 자석이 움직이도록 하였다. 스피커와 같은 원리이다. 코일은 각각 300회가 감겨있다. 




중간에 붙어있는 거울이다. 양면테이프를 이용해서 붙여 주었다. 



코일이 감긴 부분이다. 코일 부분은 몸체에 단단히 고정되어 있어야 한다. 나사못을 이용해서 고정시켰다. 



아래의 이미지들은 이 장치를 동작시켜서 얻어진 그림들이다. sine 신호는 골드웨이브를 이용해서 만들었다. 


이어폰을 꽂는 단자에서 나오는 신호는 미약하므로, 오디오 앰프를 이용해서 신호를 증폭해야 한다. 


앰프의 출력단자에는 각각의 코일을 연결해 주었다. 



좌, 우 신호가 똑같을 때의 리사주 곡선이다. 



좌, 우 신호가 45도의 위상차를 가지고 있을 때의 리사주 곡선이다. 



좌, 우 신호가 90도의 위상차를 가지고 있을 때의 리사주 곡선이다. 



좌, 우 신호의 위상차는 없고, 주파수비가 1:2 일 때 보이는 리사주 곡선이다. 



좌, 우 신호의 위상차는 없고, 주파수비가 2:3 일때 보이는 리사주 곡선이다. 



좌, 우 신호의 위상차는 없고, 주파수비가 4:3 일때 나오는 리사주 곡선이다. 다른 비율의 신호를 가해도 모양이 보이긴 하지만, 궤적이 복잡해지니 사진에 찍히지 않는다. 



http://youtu.be/CMzKEqID0qk


위의 동영상은 이 페이지에서 소개한 실험을 진행하는 동영상이다. 레이저 포인터는 점 이지만, 잔상효과 때문에 레이저포인터 점의 궤적은 특이한 도형으로 보여진다. 


리사주 곡선은 보통 오실로스코프로 관찰하는 경우가 많다. 하지만, 고전적인 리사주 곡선의 관찰법은 거울과 광원을 이용한 방법이다. 


진동하는 부분을 좀 더 보완하면 선명한 결과를 얻을 수 있을 것 같다. 


제작시간:  약 2시간

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Posted by 블루토파즈