본문내용
1. 서론
1.1. 실험의 목적
실험의 목적은 길이 측정에 사용되는 도구인 버니어 캘리퍼와 마이크로미터를 이용해 시료를 측정해보며 사용법을 익히고, 측정 시 발생하는 오차를 불확도로 표현하여 결과에 미치는 정도를 살펴보는 것이다.
버니어 캘리퍼는 어미자의 최소 눈금의 1/10 혹은 그 이상의 정밀도까지 측정할 수 있는 장치로, 물체의 바깥지름, 두께, 안지름, 홈의 너비, 깊이 등을 정확하게 측정하기 위한 기구이다. 마이크로미터는 씌움통의 한 눈금이 0.01mm를 나타내므로 0.001mm까지 측정할 수 있다.
마이크로미터와 버니어 캘리퍼를 이용하여 철사의 지름, 시료의 바깥지름, 긴 길이, 간격, 짧은 길이, 안지름, 깊이 등을 측정하고, 이를 통해 시료 구멍의 면적과 부피를 계산하며 각 측정값의 불확도를 구하고자 한다. 또한 측정값의 편차로 인한 문제점을 파악하고 해결 방안을 모색하고자 한다.
1.2. 실험 원리
버니어 캘리퍼(Vernier Calliper) 본체에 있는 어미자의 최소 눈금의 1/10 혹은 그 이상의 정밀도까지 측정할 수 있도록 고안된 장치이다. 물체의 바깥지름, 두께, 안지름, 홈의 너비, 깊이 등을 정확하게 측정하기 위한 기구로서, 1/20 mm까지 측정할 수 있다.
마이크로미터(Micrometer) 씌움통을 반 바퀴 돌리면 축이 0.5mm를 전진 또는 후진하게 되는데 씌움통에는 눈금이 50등분 되어있으므로 씌움통의 한 눈금은 0.01(0.5/50)mm를 나타낸다. 따라서 씌움통 한 눈금의 1/10까지 눈어림으로 눈금을 읽을 수 있으면 길이를 0.001mm까지 측정할 수 있다.
스넬의 법칙 빛이 투명한 매질 1에서 매질 2로 진행을 할 때 빛은 굴절이 되며 굴절이 되는 각도는 스넬(Snell)의 법칙을 따른다. 스넬의 법칙은 입사각이 , 굴절각이, 그리고 각각의 매질에서의 굴절률을 , 라고 할 때 로서, 굴절각은 입사각과 물질의 굴절률에 따른다는 것을 나타낸다.
빛의 굴절률은 빛의 진동수에 따라 달라지므로 주어진 각으로 물질에 입사하는 백색광은 구성 성분의 진동수에 따라 다른 색으로 분리되어 제각기 다른 각도로 굽어진다. 빛이 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 진행하면 입사각보다 더 큰 각도로 굴절되고 특정 입사각에서는 굴절각이가 되는 현상이 발생한다. 이 특정 입사각을 임계각 ()이라고 하고, 입사각이 임계각보다 크면 굴절된 빛은 없고 완전 내부 반사가 일어난다.
얇은 렌즈의 초점 거리는 다음과 같다. 여기서 p는 렌즈부터 물체까지의 거리이고, q는 렌즈부터 상까지의 거리이다. 물체의 크기에 대한 상의 크기를 나타내는 렌즈의 배율은 로 표현이 된다. 여기서 음의 부호는 도립상임을 나타낸다.
1.3. 실험 기구 및 재료
버니어캘리퍼, 마이크로미터, 가는 철사, 길이 측정 시료이다. 버니어캘리퍼는 물체의 바깥지름, 두께, 안지름, 홈의 너비, 깊이 등을 정확하게 측정하기 위한 기구로서, 1/20 mm까지 측정할 수 있다. 마이크로미터는 씌움통 한 눈금의 1/10까지 눈어림으로 눈금을 읽을 수 있어 길이를 0.001 mm까지 측정할 수 있는 도구이다. 가는 철사와 길이 측정 시료는 측정 대상 물체이다. 이들 기구와 물체를 이용하여 길이 측정 실험을 수행한다.
2. 길이 측정
2.1. 버니어 캘리퍼의 사용법
버니어 캘리퍼는 본체에 있는 어미자의 최소 눈금의 1/10 혹은 그 이상의 정밀도까지 측정할 수 있도록 고안된 장치이다. 물체의 바깥지름, 두께, 안지름, 홈의 너비, 깊이 등을 정확하게 측정하기 위한 기구로서, 1/20 mm까지 측정할 수 있다. 버니어 캘리퍼의 사용법은 다음과 같다.
첫째, 버니어 캘리퍼의 고정 아미와 가동 아미 사이에 측정하고자 하는 물체를 올바르게 끼운다. 고정 아미는 움직이지 않고 가동 아미만 움직이도록 물체를 위치시킨다. 둘째, 가동 아미를 움직여 물체에 딱 맞닿게 한 후, 버니어 눈금을 읽는다. 버니...
