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[물리실험]고체의 선팽창계수 평가A좋아요

고체의 선 팽창계수 측정1. 실험목적- 온도가 올라가면 물질은 일정한 비율로 팽창함을 확인하고 여러가지 금속 막대의 온도에따른 선 팽창계수를 측정해 보고 물질에 따라 그 값이 다른 고유한 특성을 가짐을 이해한다.- 대부분의 물체는 온도가 상승함에 따라 그 물체를 형성하고 있는 분자들의 열운동에 의해 팽창을 한다. 선팽창은 고체의 길이가 온도에 따라 변화하는 것을 말하며, 일반적으로 고체의체적이 온도에 의해 변화되는 것을 체팽창(valume expansion)이라 한다. 본 실험에서는 금속막대를 이용하여 열에 의한 선팽창 계수 α의 값을 측정하였다.2. 원리우리는 이 실험에서 고체에 대한 팽창율을 실험한다.고체의 길이나 부피는 온도 t 의 함수로써 온도의 상승과 더불어 증가하기 때문에 t의멱급수로 표시할 수 있다. 즉,ℓ=(1+ αt +++ …) ------------(1)여기서은 t=0°일때의 길이이며, α,β,γ…는 그 물질의 종류에만 관계되는 상수로 매우 작은값의 상수이다. b이하의 항은 a에 비해 매우 작아서 우리가 측정하고자하는 온도범위 내에서는무시할 수 있다. 따라서, 식 (1)은ℓ=(1+ αt) --------------------------(2)또는α=(ℓ-)/t -------------------------(3)이 된다. 이 α는 0℃와 t℃ 사이에서의 평균 선팽창계수로서, 고체인 경우, 대개(l/℃)정도의 값을 갖는다.그러나, 일일이 0℃일때의 길이를 재는것이 곤란하기 때문에, 임의의 두 온도,일 때의길이,를 측정하여 비교하면,=(1+)/(1+)=(1+)(1-++ ...)가된다.이상의 항을 무시하면=[1+α()]--------------------(5)가된다.따라서 선팽창계수는 식α=()/()=Δℓ/Δt ---------(6)로부터 구할 수 있다.3. 실험기구 및 장치(선팽창 측정장치)(금속막대): 시료봉(전체도)(온도계)4. 실험방법1) 상온에서 각 (금속막대) 시료의 길이를 측정할 때에는 한쪽 끝에있는스텐레스 스틸핀의 안쪽 가장 자리에서부터 나무지 한쪽 끝에 모서리받침대가 있는 곳까지 재며, 여러번 측정하고 평균값을 기록한다.2) 선팽창 계수측정 장치를 설치하고, 증기발생기 내에 물을 2/3정도 붓고 온도조절기와연결한 다음 전원(220V 전용)을 연결한다.3) 시료막대를 시료 가열통의 고무마개 쪽으로 꼽은 후 끝 부분에서돌리면서 밀면 잘들어간다. 온도계를 시료 가열통의 가운데에 설치된 고무마개에 꼽은 후 시료에 닿기전까지 밀착시킨다.4) 고무관을 증기발생기와 시료 가열통의 한쪽에 위 방향으로 나있는 관에 연결하고반대쪽의 아래로 나있는 배출구에도 고무관을 연결하고 물이 배출될수 있도록 물받이통등을 받쳐둔다.5) 시료막대는 한쪽 나사식 지지대와 다이알게이지 접촉부분에 잘밀착시키고 다이알게이지의초기위치를 0으로 조정한다. (다이얼 게이지의 총 이동폭은 10mm이며, 1/100mm 까지측정가능) 다이얼 게이지의 눈금 지시계는 돌릴 수 있도록 되어 있어 측정 초기온도 때의수치 눈금을 "0"으로 맞춘 후 측정하면 편리하다.6) 증기발생기를 작동시키기 전의 다이얼 게이지의 값을 읽어 기록해 둔다.7) 온도가 올라가면서 2도, 혹은 10도 간격으로 다이얼 게이지의 눈금을 신속하게 기록한다.8) 증기가 끓어 온도가 최대가 될 때까지 증기발생기로 가열한다.9) 온도계의 온도가 더 이상 올라가지 않으면 그때의 다이얼 게이지의 눈금을 기록하고온도조절기의 스위치를 끄고 온도를 떨어트리면서 다시 2도 혹은 10도 간격으로 다이얼게이지의 눈금을 신속하게 기록한다.(이때 온도가 올라 갈때와 내려갈때의 값을 비교해 본다.)10) 뜨거운 시료 가열통과 시료를 바꾸어 설치(가열된 시료 가열통이상온이 되려면 시간이많이 걸리므로 교체 해 주는것임) 하고 (1)-(9)의과정으로 측정을 계속한다.11) 각 시료가 온도에 따라 늘어난 길이를 통해 선팽창계수를 구한다.[참고]① 증기발생기 안에는 히터에 대한 물의 고저를 판단하는 센서가 내장되어 온도조절기의램프로 표시되는데, 적색등은 히터작동을 표시하고 물이 부족하면 자동으로 전원이 꺼진다.② 증기발생기 마개 옆에있는 밸브는 증기배출구에 연결된 호스가 막히거나 꼬이는 경우에통내부의 압력이 증가하는 위험을 방지하기 위하여 일정 압력 이상이 되면 자동적으로 증기를 배출한다.5. DATA 및 결과①시료봉 : 철 길이: 760mm냉각시횟수온도t마이크로 미터눈금온도차이 (t-t)마이크로미터 눈금차이(l-l)선팽창계수15340...252301100.33346208100.06437109100.015280910.평균값0.27②시료봉 : 구리 길이: 760mm냉각시횟수온도t마이크로 미터눈금온도차이 (t-t)마이크로미터 눈금차이(l-l)선팽창계수17570.10.267608100.02362505100.03456406100.03549307100.04평균값0.03③시료봉 : 알루미늄 길이: 760mm냉각시횟수온도t마이크로 미터눈금온도차이 (t-t)마이크로미터 눈금차이(l-l)선팽창계수198130.10.2951203100.0273901105100.0184851005100.020579906100.018675804100.031769706100.023863606100.027957506100.033평균값0.024(2)실험값과 표준값의 비교실험값(평균값의)표준값(부록참조)오차알루미늄2.82.40.4구리31.61.4철2.11.20.99. 결과 및 고찰- 실험을하면서 이론적인 선팽창계수값과 실험을통한 선팽창계수 값이 다른것을 알수 있었는데

공학/기술| 2006.06.26| 6페이지| 1,000원| 조회(762)

물리, 물리실험, 일반물리실험, 고체의 선팽창계수, 선팽창 계수

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[물리실험]길이의 측정 평가A좋아요

길이의 측정1. 실험목적버니어 캘리퍼와 마이크로미터를 이용하여 주위에서 길이를 재던 도구보다 더 정밀하게 길이를 측정한다. 그리고 길이를 재는데 어려움이 있었던 시료들의 길이, 구의 직경, 원통의 내경과 외경 그리고 얇은 판의 두께 등을 측정한다.2. 실험기구① Vernier calliper② Micrometer③ 종이④ 철사3. 실험이론버니어가 달린 켈리퍼를 버니어 캘리퍼라고 하는데 이 버니어는 1631년 이를 발명한 Pierre Vernier의 이름을 딴 것이다.이 버니어는 부척이라고도 하는데 자의 최소 눈금을 1/10까지 또는 그 이상의 정밀도까지 읽을 수 있도록 고안된 장치이다.버니어 캘리퍼는 주척의 9눈금을 10등분하여 눈금을 만든 것이며 이렇게 함으로써 버니어의 한 눈금은 주척의 눈금보다 1/10만큼 짧게 되어 있다. 따라서 주척의 한 첫 번째 눈금과 버니어의 첫째 눈금을 일치시키면 버니어는 주척의 눈금의 1 /10만큼 이동하게 된다. 이와 같은 원리로 버니어의 n번째 눈금이 주척 눈금과 일치하고 있으며, 주척의 n /10 눈금만큼 이동하게 된다. 일반적으로 주척의 최소눈금을 1 /n까지 읽으려면, 주척의 (n-1)눈금을 n등분하여 버니어를 만들거나 또는 주척의 (n+1)눈금을 n등분한 눈금을 사용하기도 한다.그림 1의 (a)는 주척의 최소 9눈금을 10등분하여 만든 부척이다. 그림 1의 (b)는 이 부척으로 물체의 길이를 측정한 경우는 화살표가 가리킨 곳이 부척과 주척의 눈금이 일치했으므로 3.7이라고 읽으면 된다. 그림 1(c)는 주척의 11눈금을 10등분한 것인데 그림 1(d)는 이것으로 측정한 것이다. 즉 3.3이 됨을 알 수 있다. 그 외에 더 정밀히 읽기 위하여 주척의 19눈금을 20등분한 버니어 캘리퍼도 있는데 (그림 2 (a)참조) 이 캘리퍼로써는 0.05mm까지 측정할 수 있다. 또 주척의 39눈금을 20등분한 것 (그림 (b)참조)은 역시 0.05mm까지 측정할 수 있다. 그림 2 (c)는 주척이 49눈금을 50등분한 것으로 0.02mm까지 측정할 수 있다. 위의 각 경우에 대하여 실제로 측정한 값을 읽어 놓은 예를 그림 3에 그려 놓았다. 한편 버니어 캘리퍼의 용도를 살펴보면 그림 4의 AB의 외경재기(outside Jaws)로 외경을 측정하고, CD의 내경재기(inside Jaws)로 내경을 그리고, E깊이 (depth bar)로 길이를 측정할 수 있다. 그림 5는 버니어캘리퍼의 올바른 사용법을 그림으로 보였다.그림 6과 같이 금속으로 만든 틀 F의 한 쪽에 평면 금속편의 모루(anvil) A가 달려있고 반대쪽에는 그 표면에 mm의 눈금이 그어져 있으며 안쪽이 암나사로 되어 있는 원통 소매(sleeve) B가 붙어 있다. 이 소매(sleeve)에 1/2mm 또는 1mm 피치의 나사스핀들 C가 끼어져 있고 이 C의 A에 대한 단면은 A와 평행하게 되어 있다.손잡이 D의 한 왼쪽 끝의 원추면에는 원주를 50등분 또는 100등분한 눈금이 그어져 있고, 그 눈금의 영점은 A와 C의 단면이 맞닿았을 매 B의 눈금의 영점과 일치하도록 되어 있다. 나사의 피치가 1/2mm인 것은 D를 두 바퀴 돌렸을 때 C가 1mm 진행한다. A, C사이에 물체를 끼워 길이를 잴 때 압럭을 일정히 하기 위해서 D의 오른쪽 끝에 돌리개 (적당한 압력을 가하도록 된) E가 붙어 있다.이 돌리개 E는 용수철의 작용으로 A, C사이의 압력이 일정한 압력에 달하면 헛돌게 되어 있다. 대부분의 마이크로미터 나사의 피치는 1/2mm이고, B의 눈금은 회전수가 아닌 mm수를 나타낸다. D자에는 50갸의 눈금이 있으므로 이 눈금 하나는 1/50 회전 또는 0.01mm만큼 C를 앞으로 나아가게 한다. D자는 한 눈금이 1/10까지 눈어림으로 읽어야 하므로 길이를 1/1000mm까지 측정하게 된다. B자를 만드는 데는 여러 가지 방법이 쓰여진다.그림 7(a)에서는 1cm를 20등분한 것으로 각 눈금은 1/2mm를 나타내거나, D의 1회전을 표시하고 쉽게 식별하기 위하여 그림 7(b)와 같이 1/2mm 눈금을 아예 생략하기도 하는데 이 때는 1/2mm인 점이 지나갔는지의 여부를 B자와 D자로써 측정자가 검토하여 결정하여야 한다. 그림 7의 어느 하나를 참조하면 B자의 눈금은 6.5mm이고, D자의 눈금은 1mm의 48.4/100 임을 알 수 있다. 그러므로 완전한 눈금은 6.5mm + 0.484mm 또는 6.984mm이다. A와 C사이에 틈이 없이 꼭 맞았을 때 마이크로미터가 영의 눈금을 가리키지 않으면 영점 오차를 가졌다고 하고 이 때의 눈금을 영점 눈금이라고 한다.영점 눈금을 마이크로미토로 읽은 모든 눈금으로부터 대수적으로 빼어야 한다. 영점 눈금은 한 번만 잰 눈금보다는 여러 번 잰 눈금들의 평균치로부터 빼내어야 한다.4. 실험방법(1) 버니어 캘리퍼① 주어진 철사와 종이를 차례로 10회씩 측정하여 그들의 평균과 표준오차를 구한다.② 측정이 끝나면 반드시 고정 나사를 죄어 버니어를 고정시킨다.(2) 마이크로미터① 고정걸쇠를 푼 다름 카바이드 촉 사이에 아무것도 끼우지 않고 돌리개를 돌린다.카바이드 촉 사이가 닿으면 돌리개가 헛도는데 이 때의 눈금을 읽어 영점을 정한다.② 주어진 철사의 직경과 종이의 두께를 차례로 10회씩 측정하여 0점을 보정하여 평균과 표준 오차를 구한다.③ 측정이 끝난 후 고정 걸쇠를 잠근다.5. DATA 및 결과(1) 머리카락(버니어 캘리퍼)측 정 값편 차 ()*************00평균값(=번째 측정한 길이, N= 측정 횟수) =표준편차표준오차보고할 값(신뢰계수 68%) =(2) 머리카락 (마이크로미터)측 정 값편 차 ()10023004005평균값(=번째 측정한 길이, N= 측정 횟수) =표준편차표준오차보고할 값(신뢰계수 68%) =(3) 종이(버니어 캘리퍼)측 정 값편 차 ()*************00평균값(=번째 측정한 길이, N= 측정 횟수) =표준편차표준오차보고할 값(신뢰계수 68%) =(4) 종이 (마이크로미터)측 정 값편 차 ()120030045평균값(=번째 측정한 길이, N= 측정 횟수) =표준편차표준오차보고할 값(신뢰계수 68%) =(5) 쇠막대A (버니어 캘리퍼)큰 높이작은 높이큰 지름작은 지름12345평 균부피 :(6) 쇠막대B (버니어 캘리퍼)큰 높이작은 높이큰 지름작은 지름12345평 균부피 :6. 결론 및 토의이 실험에서는 길이의 정밀 측정을 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터를 사용했다. 버니어 캘리퍼스나 마이크로미터가 생각 보다 더 정확하게 미세한 길이를 측정 할 수 있다는 것에 신기 하였다. 별다른 계산 과정 없이 기구를 보면서 바로 읽을 수 있어 측정이 더욱 편하였다. 버니어 캘리퍼스는 0.05mm 까지 측정 할 수 있는 기구 인데 측정시 기구의 약간의 결함(부척 부분과 본체 부분에 약간의 흔들림과 어긋남)때문인지 오차가 발생하였다. 하지만 측정을 반복하여 표준 오차를 구해 보면 그리 큰 수치가 아님을 알 수 있다. 버니어 캘리퍼스는 물체의 두께뿐만이 아니라 물체의 깊이 및 내경까지 젤 수 있어 참 유용한 기구라고 생각 한다.

공학/기술| 2006.06.26| 9페이지| 1,000원| 조회(1,769)

물리, 물리실험, 일반물리실험, 측정, 길이의 측정

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[물리실험]막대의 영률측정 평가A좋아요

막대의 영률 측정(Ewing 장치)1.실험의 목적금속을 구부리면 같은 두께의 것이라 해도 물질의 종류에 따라 드는 힘이 다르다. 이는 곧 동일한 힘에 의해 휘는 정도가 다르다는 것과 일맥상통한다. 이 정도를 측정한 값이 Young's modulus, modulus of rigidity, bulk등이 있는데 이중 영률을 측정하여 금속의 전연성과의 연관성을 연상해볼 수도 있다(매우 주관적인 생각이긴 하지만). 여기서 탄성한계를 고려할 필요가 있다.2.사용기기 3.원리강체의 변형과의 관계는 일반적으로 Hook의 법칙을 따르게 되는데 특히 길이 변형을 일으킬 때 용수철에서의 힘의 상수에 해당하는 양을 Young율이라고 한다. Young율(Y)은 단위 면적당의 변형력과 단위 길이 당 늘어난 길이의 비로 정의 되는데,----------------------------(1)이다.여기서는 변형력의 합이고, A는 힘이 작용하는 면적,은 길이의 변화,은원래의 길이이다. 금속 막대의 휨의 경우 늘어남과 총 밀리기 변형이 함께 일어나지만 휨의 정도가 적을 경우에는 총 밀리기 변형은 무시할 수 있다..w그림 1과 같이 막대의 중간에 힘 W를 가하면 위쪽은 길이가 줄고 아래쪽은 늘어나게 되는데 부분은 길이가 변하지 않는다. 이면을 중립면이라고 부르고 위 면에서 이 중립면까지의 거리 d로 휨을 정의 하게 되는데 Young율을 다음과 같은 관계를 갖는다.------------------------------(2)위 식으로부터 막대의 휨은 그 길이의 세제곱에 비례한다는 것을 알 수 있다. 그러므로 Young율 Y는,---------------------------(3) 이다.※ 참고사항17세기에 후크(Hooke)가 보통 사용하고 있는 구조 재료에 대해서 응력과 스트레인 사이에는 일정한 비례 관계가 있다는 것을 지적하였다. 응력과 스트레인 사이의 비례 상수는 물질의 탄성 계수라 불리며 일명 영계수(Young's Modulus)라 한다. Hooke의 법칙은 다음과 같은 식으로 표시할 수 있다.σ = E × ε여기서 E (Young's Modulus)는 응력 스트레인 곡선의 기울기로 나타나고 있다.4.실험 방법1.평행한 두 받침 날 위에 양끝을 선반의 중앙에서 같은 거리만큼 떨어지게 조정한 후, 시료 막대를 놓는다.2.막대의 중간 위치에 추 걸이가 달린 받침 날을 밀어 넣어 날이 막대의 면에 수직이 되도록 조정한다.3.조임 쇠와 마이크로미터(micrometer)의 나사를 조절한 후 조임 쇠들을 꼭 조여 움직이지 못하게 한다.4.꼬마전구전원을 그림과 같이 연결한다.5.추 걸이에 겨우 닿을 정도로 나사를 조절하여 눈금을 읽는다. (영점눈금) 이 경우 전구에 불이 들어오는 것을 살펴서 알 수 있다.6.1000g의 추를 달고 마이크로미터(micrometer)의 나사를 돌려 5번과 같은 방법으로 눈금을 읽는다.7.추를 내려놓은 후 나사를 반대로 다시 조절하여 영점 눈금을 다시 읽는다. 5번에서의 값과 합하여 평균을 내어 영점 눈금으로 삼는다.8.영점 눈금과 추를 달았을 때의 눈금의 차이로 막대의 휨을 정한다.9.고정시킨 후 추의 무게를 0g에서 1kg이 될 때까지 변화 시키면서 휘어짐을 측정한다.10.막대의 폭과 두께를 버니어 켈리퍼스(vernier calipers)로 측정한다.5. DATA 및 결과(1) 영률 측정? 구리 단위 : m횟수12345평균값두께 a4.25*4.40*4.30*4.55*4.35*4.37*폭 b1.94*1.91*1.90*1.91*1.90*1.91*길이 L5.80*5.80*5.80*5.80*5.80*5.80*? Y 측정추의 무게(g)마이크로미터 눈금(mm)막대의 휨d(mm)W/d(dyne/mm)Y(dyne/)추의 증가추의 감소평균012.4012.5012.4520011.9412.0712.010.444.45*1.36*40011.4511.6611.560.454.36*1.33*60010.9511.2211.090.474.17*1.27*80010.7510.6310.690.404.90*1.50*100010.3010.3010.300.395.03*1.53*평균값1.40*? 철 단위 : m횟수12345평균값두께 a4.40*4.50*4.45*4.65*4.35*4.37*폭 b1.80*1.80*1.80*1.81*1.81*1.81*길이 L5.785*5.783*5.781*5.785*5.783*5.781*? Y 측정추의 무게(g)마이크로미터 눈금(mm)막대의 휨d(mm)W/d(dyne/mm)Y(dyne/)추의 증가추의 감소평균010.9710.9810.98020010.6710.7710.720.260.75*2.25*40010.5910.6110.600.121.63*4.85*60010.4410.4310.440.240.82*2.44*80010.1410.2210.180.260.75*2.25*100010.0010.0010.000.181.09*3.26*평균값3.01*? 황동 단위 : m횟수12345평균값두께 a4.20*4.40*4.15*4.30*4.30*4.30*폭 b20.5*19.4*19.4*19.7*19.05*1.96*길이 L5.809*5.807*5.809*5.809*5.807*5.810*? Y 측정추의 무게(g)마이크로미터 눈금(mm)막대의 휨d(mm)W/d(dyne/mm)Y(dyne/)추의 증가추의 감소평균010.6310.6110.62020010.1010.2210.160.464.26*1.34*4009.759.809.780.385.16*1.62*6009.369.219.290.494.00*1.26*8008.968.808.880.414.78*1.51*10008.538.538.530.355.60*1.76*평균값1.50*(2) 실험값과 표준값의 비교실험값표준값오차구리1.40*N/1.20*N/17%철3.01*N/2.20*N/37%황동1.50*N/1.05*N/43%( 실험값 - 표준값) / 표준값 * 1006. 결론 및 토의- 처음으로 하는 실험이라 조금 어려웠던 것 같다. 실험 과정에서 있어서 장비 설치 후에 마이크로미터를 사용하여 그 수치를 측정하는 것이 실험의 전부였다. 보다 정확한 실험을 하기 위해서 주의할 점 및 오차의 원인에 대해서 살펴보기로 한다.먼저 전구키트를 실험 장치에 설치를 한다. 시료를 장비에 놓고 추 걸이를 시료막대에 장치한다. 이때 주의 할 점은 추 걸이 고정 쇠를 사용하여 추 걸이의 흔들림을 방지해야 하며 시료막대를 장비에 놓을 때 시료의 양끝이 선반중앙에서 같은 거리에 오도록 장비 정 중앙에 오도록 설치해야만 정확한 실험이 된다.우리 조 같은 경우 사전 조사 및 교재에서 실험 고정 쇠에 대한 언급이 없어서 그것에 대해서 관심을 두지 않았던 것이 사실이다. 물론 실험 시에도 고정 쇠를 사용하지 않았기 때문에 위의 실험의 결과에서 오차가 40%가까이 난 것 같다. 0.001mm까지 측정하는 정밀한 실험에서 추 걸이의 미세한 흔들림으로 인한 오차는 실험에서 간과 할 수 없는 큰 실수였음을 인정한다. 고정 쇠를 사용하여 추 걸이를 고정한 후에는 마이크로미터를 사용하여 추 걸이까지의 길이를 측정한다. 이때 마이크로미터와 추 걸이의 접촉여부는 전구의 밝기로 확인 할 수 있다. 이 실험 과정에서 좀더 정확한 측정을 하기 위해서는 한명이 마이크로미터와 나사를 조절하면서 전구의 불빛을 동시에 봐야 한다는 점이다. 처음 황동시료 막대의 영률 측정 시에 추의 무게를 증가 시킬 때에는 한 사람은 전구의 불빛을 보고 다른 한사람은 마이크로미터의 나사를 조작했다. 그러나 시험이 거듭되면서 전구 불빛을 보는 사람과 마이크로미터의 나사를 조작하는 사람간의 인지시간의 차이로 측정에서 정확도가 떨어진다는 판단을 하게 되었고 두 사람이 하는 것보다는 한사람이 마이크로미터 나사를 조작하면서 불빛을 함께 보는 방법이 더 정확 할 것 같아서 추의무게를 감소시킬 때에는 후자의 방법을 택해서 실험을 했다. 그리고 실험 결과에서도 볼 수 있듯이 후자의 방법을 사용한 구리 실험의 오차가 더욱 작게 나왔다. 이렇게 추가 없을 때의 추 걸이 거리를 구하고 200g씩 추를 증가시키면서 추를 증가시킬 때마다 막대의 휨을 측정한다. 그리고 1000g까지 추를 증가시킨 후 1000g부터는 그 역으로 추를 감소시키면서 막대의 휨이 얼마나 완화 되는지를 측정한다. 이 과정에서 마이크로미터의 눈금을 읽을 때에는 한 명이서 마이크로미터의 눈금을 읽는 것 보다는 두명이상이 마이크로미터의 눈금을 읽어서 정확한 데이터를 갖도록 해야 한다. 마이크로미터는 우리가 평소에 사용하는 자와는 거리가 있기 때문에 한 명이서 마이크로미터를 읽을 시 자칫 잘못하면 잘못 읽어 실험에서 큰 오차를 발생 시킬 수 있다. 우리 조의 경우 처음에 마이크로미터를 혼자 읽다가 실수로 잘못 읽는 바람에 실험 데이터가 상식적으로 납득할 수 없는 측정치가 나와서 두 명이 마이크로미터의 눈금을 읽는 방향으로 처음부터 다시 실험을 시작했던 기억 있다. 이렇게 3개의 시료막대를 같은 방식으로 실험 시 보다 정확한 측정값을 구할 수 있다

공학/기술| 2006.06.26| 7페이지| 1,000원| 조회(1,898)

물리, 물리실험, 일반물리실험, 막대의 영률측정, 영률측정

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[물리실험]선운동량 보존법칙 평가A좋아요

선운동량 보존법칙1. 실험목적질량과 속도의 곱으로 정의되는 선운동량 보존법칙을 실험으로 증명한다.2. 실험기구① Air track② bumper 3개③ glider 2개④ photogate timer 2개? air supply? 수평계? 분동 set 등3. 원리 및 이론선운동량은 물체의 질량에 속도를 곱한 양으로 정의 된다.● 선운동량 보존법칙운동량을 P, 질량을 m으로, 속도 v로 나타내면 운동량은 P = mv가 된다.그리고 직선위를 움직이는 운동량을 선운동량이라고 한다. 선운동량을 이용하여 뉴턴 방정식을F = ma = m=(mv) =P즉, F =P로 표현할 수 있다.이 식에서 만일 물체에 작용하는 힘이 영이면(또는 작용힘의 합이 영이면, F=0이면) 운동량의 시간에대한 변화율가 영이므로 선운동량 P는 시간이 지나도 바뀌지 않는다. 이것을 선운동량 보존법칙이라고 한다.선운동량 보존법칙이 식으로는P= mv+ mv= mv+ mv= P(m, m:두 물체의 질량, v, v: 두 물체의 초기속도, v, v: 두 물체의 나중속도,P, P: 충돌전후의 운동량) 로 나타낼 수 있다.3. 실험 방법1) 수평계를 이용하여 air track 양쪽 끝을 수평이 되도록 air track의 수평조절 나사를 조절한다.2) photogate timer를 설치하고 탄성충돌 조건을 위해 glider에 bumper를 장착한다.3) glider 의 질량 m, m와 같이 L, L를 측정한다.4) 두 개의 photogate timer를 gate형식으로 설치하고 reset 버튼을 누른다.5) glider 2개를 두 photogate 사이에 정지상태로 둔다. 송풍기를 작동시킨다.6) glider의 질량이 같을때 (m= m) glider 1을 glider 2를 향해 민다.7) t, t, t, t를 각각 측정한다.8) glide 1의 질량(m)과 glide 2의 질량(m)을 증가시키면서 7)을 행한다.9) glide 1과 glide 2의 v, v, v, v를 측정한 시간과 glide의 길이 L, L를 사용하여 구한다.(* glide 1의 속도를 (+), glide 2의 속도를 (-)로 한다.)10) 9)에서 구한 값으로 충돌 전 운동량 P와 충돌 후 운동량 P를 구한다.11) 선운동량 보존법칙이 성립되었는지 확인하다. (P = 일정 or P= P)5. 실험결과(1) 1차 실험 ( m= m, v= 0 일때)실 험횟 수m(kg)m(kg)LLt(sec)t(sec)t(sec)t(sec)v(m/s)v(m/s)v(m/s)v(m/s)P(kg?m/s)P(kg?m/s)오차(P-P)10.2190.2190.100.100.1127610.1805650.1249170.1697490.8870.5560.8060.5910.3160.3060.01020.2190.2190.100.100.1696290.2396890.1865690.2311170.5910.4880.5380.4320.2360.2130.02430.2190.2190.100.100.1955210.2680090.2155450.2615890.5130.3730.4650.3830.1940.1860.00840.2190.2190.100.100.2138890.2916890.2364370.2854330.4690.3430.4240.3500.1780.1700.00850.2190.2190.100.100.2041810.2765730.2248450.2701850.4900.3620.4460.3700.1870.1790.008평균값0.2220.2110.011(2) 2차 실험 ( m= m, v≠ 0 일때)실 험횟 수m(kg)m(kg)LLt(sec)t(sec)t(sec)t(sec)v(m/s)v(m/s)v(m/s)v(m/s)P(kg?m/s)P(kg?m/s)오차(P-P)10.2190.2190.100.100.1686850.2874170.1911210.4888570.5950.3480.5240.2040.2070.1590.04820.2190.2190.100.100.3832850.2455890.6953490.3820610.2610.4060.1440.2620.1460.0890.05730.2190.2190.100.100.5279770.2573250.3115970.3847450.1900.3890.3210.2600.1270.1270.0040.2190.2190.100.100.2887930.2452850.3508610.3244330.3460.4080.2840.3090.1650.1300.03550.2190.2190.100.100.4273290.2854090.6126970.3781170.2340.3510.16.0.2650.1280.0940.034평균값0.1550.1200.035(3) 3차 실험 ( m≠ m, v≠ 0 일때)실 험횟 수m(kg)m(kg)LLt(sec)t(sec)t(sec)t(sec)v(m/s)v(m/s)v(m/s)v(m/s)P(kg?m/s)P(kg?m/s)오차(P-P)10.2490.2190.100.100.3043530.2600850.3730490.3043570.3290.3840.2680.3290.1660.1390.02720.2490.2190.100.100.2644810.3197370.5345570.2645170.3780.3130.1870.3770.1630.1290.03430.2490.2190.100.100.3386430.3540770.7339090.3502410.2960.2820.1360.2860.1350.0960.03940.2490.2190.100.100.3742090.3276170.4853010.3692450.2670.3050.2060.2710.1330.1110.02250.2490.2190.100.100.2973010.3538450.6376850.2908970.3370.2820.1570.3440.1440.1140.030평균값0.1480.1180.0305. 결론 및 토의이 실험은 충돌에 의해 선 운동량이 보존이 되는가 안 되는가를 알아보는 실험이었다. 두 개의 활차을 에어트랙에서충돌시켜 충돌 전후의 속력을 측정함으로써 충돌 전후의 선 운동량 을 비교하여 선 운동량 보존법칙을 이해해야 한다. 이번 실험도 오차가 생겼다. 우선 오차의 원인을 생각해 본 결과 실험 장치의 마찰 그리고 활차가 미끄럼대의 끝부분이나 다른 활차에 충돌할 때의 에너지 손실 그리고 진공중이 아닌 공기중의 저항력, 측정기(포토게이트) 자체의 오차범위, 에어트랙의 균형상태등이라고 생각합니다. 운동량은 항상 보존이 되지만 운동에너지는 항상 보존되는 것은 아니었다. 이 실험은 충돌을 빗김 충돌로 하였기 때문에 운동량과 운동에너지가 보존되는 것을 알 수 있었다.실험을 할때는 참 쉽게 실험을 했는데 막상 결과를 쓸려고 하니깐 산수가 매우 복잡했다. 또 워드프로세서를 이용해서 작업을 할려다 보니 보고서를 쓰는데 상당히 많은 시간이 소요됬다. 그래도 공들여서 쓴만큼 좋은 결과도 나오고이번 실험과정과 결론내는 방법을 확실히 익혀서 나에게 큰 지적 재산이 된 것 같다.

공학/기술| 2006.06.26| 5페이지| 1,000원| 조회(1,894)

선운동량, 물리, 물리실험, 일반물리실험, 선운동량 보존법칙

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[물리실험]액체의 표면장력 측정

액체의 표면장력 측정1. 실험목적Jolly의 용수철 저울을 이용하여 액체의 표면 장력을 측정한다.2. 원리- 내경이 2r2, 외경이 2r1인 원통평 테(Ring)를 아래 [그림1]과 같이 액체 표면에 접촉시키고, 액체 표면을 원통형 테에 차차 가까이 하여 그것이 액체에 완전히 잠기면 서서히 액 체 표면이 아래로 내려오게 하여 원통형 테와 액체 표면이 막 떨어지려는 순간에 멈춘다. 그때 액체의 높이 h와 용수철의 탄력mg를 측정하여 표면장력 T를 측정한다.아래 [그림1]에서 원통평 테를 아랫쪽으로 끄는 총장력과 액주의 무게의 합은 용수철의 탄력 mg와 같다. 즉, 2π(r1 + r2) T + π(r12 - r22)hρg = mg 이다.여기서 ρ는 현재 온도에서의 액체 밀도이다.위 식 2π(r1 + r2) T + π(r12 - r22)hρg = mg 로부터 표면장력은되고 원통형 테가 대단히 얇을 때는 r1 ≒ r2 라 볼 수 있다. 그리고 위 식의 제 2항은 무시하여T = mg/4πr 가 된다.[그림1] 액체 기둥3. 실험기구 및 장치(1) Jolly의 표면장력 측정장치(2) 비커(3) 액체 시료(4) 분동4. 실험방법(1) 아래 [그림2]와 같은 장치에서 A에 걸린 용수철과 거울자 G가 평형을 이루면서 연직이 되도록나사 F1, F2를 조절한 다음, 저울 접시 B, 원통형 테 C, 그리고 비커 N을 알코올로 씻어서 말린다.(2) 저울접시 B에 분동을 0에서 3g까지 0.5g씩 증가시키면 점 P의 위치를 읽는다. 이때 눈의 높이 E,점P, 그리고 점 P의 거울에 비친 영상 P、은 직선상에 있어야 한다. 만일, 장치의 높이를 조절할 필요가 생기면 나사 K를 풀어서 조절한다(3) 위 (2)와는 반대로 3g에서 0까지 0.5g씩 감소시키면서 점 P의 위치를 읽는다. 위(2)와 (3)으로부터점 P의 위치와 용수철에 작용한 힘 사이의 관계를 나타내는 그래프를 그린다.(4) 비커 N에 시료 액체를 넣어 받침대 D에 올려 놓고 나사 K를 풀어 받침대 D를 위로 올린다. 원통형 테 C가 액체에 완전히 잠기면 서서히 D를 내려서 원통형 테C가 액면으로부터 튀려는 순간, D를 멈추고 K를 조인다.(5) 다음에 점 P의 위치를 읽어 위(3)에서 작성한 그래프로부터 표면장력이 용수철에 작용하는 힘을 구하고, 또한 액주의 높이도 구한다.(6) 위의 (5)의 과정을 10회 정도 반복한다.(7) 버디어캘리퍼로 C의 외경 2r1과 내경 2r2를 측정한다.(8) 위 (6), (7)의 결과의 표에서 찾은 액체 시료의 밀도를 식또는 T = mg/4πr 에 대입하여표면장력 T를 구한다.[그림2] Jolly의 표면장력 측정장치6. 결론 및 토의이번 실험은 욜리의 천칭을 이용하여 표면 장력을 구하는 실험을 했다. 이번 실험은 오차가 있었는데그 오차의 이유는 고리와 액면이 떨어지는 순간을 눈으로 포착해야 하기 때문에 많은 실험적 오차가

공학/기술| 2006.06.26| 3페이지| 1,000원| 조회(851)

표면장력, 물리, 물리실험, 일반물리실험, 액체의 표면장력 측정

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