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'''공명'''(共鳴, {{문화어|울림}})은 특정 [[진동수]](주파수)에서 큰 진폭으로 진동하는 현상을 말한다. 이 때의 특정 진동수를 공명 진동수라고 하며, 공명 진동수에서는 작은 힘의 작용에도 큰 [[진폭]] 및 [[에너지]]를 전달할 수 있게 된다.
모든 물체는 각각의 고유한 진동수를 가지고 진동하며 이 때 물체의 진동수를 고유 진동수라고 한다. 물체는 여러 개의 고유 진동수를 가질 수 있으며 고유 진동수와 같은 진동수의 외력이 주기적으로 전달되어 진폭이 크게 증가하는 현상을 공명현상이라고 한다. 이 때의 진동수는 공명 진동수가 된다.
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진동은 역학계, 음향계, 광학계 등 많은 종류의 진동계에서 나타날 수 있으며, 이 중 전기·공학적 진동계에서의 공명을 '''공진(共振)'''이라고도 한다.
공명의 조건에서 진동체가 서로 연결되어 있는 경우에는 에너지의 교환이 쉽게 이루어진다.
== 공명 현상의 예 ==
[[파일:Pater The-Swing.jpg|
'''그네'''는 공명현상의 대표적인 사례이다. 그네 운동의 진동수와 같은 고유진동수로 그네를 밀게 되면 더 높은 진폭을 가지게 되어 그네가 높이 올라가게 된다.]]
* 우리 주변에서 볼 수 있는 공명 현상의 대표적인 예는 '''[[그네]]'''의 운동이다. 사람이 타고 있는 그네를 밀 때 그네 운동의 고유 진동수에 맞게 그네를 밀게 되면, 그네는 높이 올라갈 수 있게 된다. 이는 그네를 진자의 운동으로 생각했을 때, 운동하는 진자의 진동수와 같은 고유 진동수의 힘을 가했을 때, 진폭이 커지게 되는 것으로 이해할 수 있다.
* '''[[라디오|라디오 주파수]]'''를 맞추거나 '''[[채널 (통신)|TV채널]]'''을 바꾸는 것 또한 공명현상의 원리가 적용된다. 여기서 라디오의 주파수를 맞춘다는 것이 바로 공명. TV의 채널을 바꾸는 것도 같은 원리다. 우리가 라디오 주파수나 채널을 맞춘다는 것은 라디오/TV 내부의 회로 진동수를 방송<references/>국의 전파 진동수와 일치시키는 일종의 공명이다. 이러한 공명 현상을 이용해 각 방송국의 고유의 주파수와 일치하는 주파수를 선택하여 방송을 수신하게 되는 것이다.
* [[1940년]] [[11월 7일]] 미국 워싱턴 주 '''[[타코마]] 해협(Tacoma Narrows)'''에 놓인 [[현수교]](Suspension Bridge)다리가 무너진 적이 있다. 190km/h의 강풍에도 견딜 수 있도록 설계 된 '''타코마 다리'''는 구조물의 고유 진동수와 일치하는 바람에 의해 붕괴되었다. 다리가 버틸 수 있는 바람의 풍속이 190km/h 임에도 불구하고 약 70km/h에 불과한 바람에 의한 진동으로 인해 길이 840m의 거대 철 구조물이 붕괴 된 것 또한 공명 현상의 원리로 볼 수 있다.<ref>[http://www.hani.co.kr/section-010100020/2005/04/010100020200504141606001.html 공명으로 빌딩이 무너진다? : 과학향기 : IT과학 : 인터넷한겨레<!-- 봇이 따온 제목 -->]</ref>
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== 공명 이론 ==
=== 공명의 함수 ===
[[파일:Rho1.PNG|
공명은 역학에서의 [[단순조화운동]] 공식에 따라, 진동에 따른 진폭의 함수 관계로 표현 될 수 있다.
1차원의 선형의 감쇠 진동 상황에서 고유진동수가 <math>\omega_0</math> , 그 때의 진폭의 제곱이 <math>\rho^2</math> 일 때,<math>\omega</math>
의 진동수로 강제 진동을 이루는 상황에서,
진동에 따른 강도<math>\rho^2</math> 는 <math>\omega</math> 에 대해 다음과 같은 공식으로 나타낼 수 있다.
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=== 광학에서의 공명 ===
'''광학 공진기(optical cavity or optical resonator)''' 는 거울의 배열을 통해 빛을 증폭시키는 장치이다. 광학 공진기는 레이저의 주요 구성 요소가 된다.
레이저의 유도 방출로 발생한 빛은 거의 단일 주파수를 가지고 빛의 이득 매질(gain medium)에 반복적으로 입사하여 높은 강도로 증폭되어 한 방향으로 진행하여 나아가게 되어 있다. 빛의 증폭과정에 필요한 빛의 궤환(Optical feedback) 장치가 광학공진기이며 이 또한 공명현상을 이용한 것이다.
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=== 분광학에서의 공명 ===
[[핵자기공명]]은 1964년에 발견된 이후 화학적, 의학적인 분야에 적용돼 왔다. 물질은 원자로 이루어져 있으며 원자는 핵과 전자들로 구성돼 있다.
원자들이 자기장 속에 있으면 회전하고 있는 전자 때문에 에너지차가 생기고 이에 비례하는 진동수가 결정된다.
물질에 전자기파가 들어와서 결정된 진동수와 공명이 일어나면 전자기파는 흡수된다. 즉 높은 에너지를 갖게되는 것이다.
이것을 핵자기공명이라고 한다. 물질 내의 수소 원자는 외부 자기장 뿐만 아니라 주변 원자의 자기장에 의해서도 영향받는다. 같은 종류의 핵이더라도 조금씩 다른 공명 주파수를 보인다. 따라서 공명 진동수를 연구해 물질 내의 여러 구조에 대해서 알 수 있다.
핵자기공명 현상을 의학적인 분야에 응용한 장치가 자기공명 단층촬영장치인 MRI다.
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