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(비틀림 장치에 의한 강성률 측정)-한양대, 고려대, 연세대

비틀림 장치에 의한 강성률 측정실험 목적.①비틀림장치로 탄성체 막대를 비틀어 그 토오크와 회전각을 측정하여 그 물체의 강성률을 구한다.②구해낸 강성률을 이론값과 비교한다.기기 및 장치.비틀림 장치, 500g짜리 추(6~10개), 쇠막대와 놋쇠막대 가1개(길이는 100cm이고 단면의 크기는 다른것), 마이크로미터, 미터자, 큰 부척 캘리퍼 1개, 책상 조임쇠실험 이론.그림 23-1과 같이 밑면을 고정시킨 채로 윗면을 수평력 F를 가하면 층밀리기 변형이 일어나 EC면이 EC'면으로 Φ만큼 기울어지게 된다. 이 때 생기는 탄성력을 강성률이라 한다.※강성률의 단위는 dyne/로 나타낸다.단위 면적당 작용하는 변형력을라고 하면 기울어지는 각은 이 변형력에 비례하게 되어(1)를 만족한다. n은 강성률 A는 단위면적 F는 변형력이다.실험에 사용되는 금속막대는 원통형이므로(그림 23-2) (1)식을 변형해야 한다. 바깥면의 D가 D'으로 이동한 층밀리기 변형 Φ는 원통 중심에서의 각 θ와(2)의 관계가 있다. 변형력을 원통의 중심에 대한 토크로 표시하여 식 (1)을 고치면(3)(4)을 얻게 된다. 원통형 금속막대의 토크는 (그림 23-3)에서 볼 때 원판 D의 반지름와 거기에 추가 가하는 힘 Mg에 의해서(5)가 주어진다. 실제실험에서까지 금속막대를 비틀어 비틀림률(6)를 측정한 후 식 (5)와 (6)에 의하여(7)을 얻어 강성률 n을 구한다.실험 방법.① 금속막대가 직선이 되도록 두 조임쇠 C, C'사이에 끼우고 조인다.② 추걸이가 있는 채로 원판 D에 있는 부척을 조정하여 눈금이 영이 되도록 한다.③ 원판이 90?°정도 돌아가도록 추걸이에 추를 단 후 다시 추를 제거하여 눈금이 영으로 되돌아 오는가를 확인한다.④ 눈금이 영점으로 돌아오지 않을 때는 다음과 같은 결함이 있는 것이므로 조정해야 한다.1) 조임쇠가 꽉 조여지지 않았다.2) 과도한 마찰력이 작용하고 있다.3) 부척이 움직인다.4) 금속막대가 끝 쪽 부슁(bushing)안으로 미끌어진다.⑤ 추를 500g씩 증가시키면서 비틀림각을 측정한다.⑥ 끝 부슁간의 금속막대 길이 ㅣ을 측정하고 마이크로미터를 사용하여 금속막대의 반경을 측정한다.⑦ 원판 D의 반경를 부척캘리퍼로 측정한다.⑧

자연과학| 2007.04.21| 2페이지| 1,500원| 조회(626)

강성률, 실험보고서, 물리실험, 일반물리, 비틀림, 비틀림장치, 강성율, 강성률측정

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(Searle장치에 의한 Young률 측정)

실험 제목 : Searle 장치에 의한 Young률 측정실험목적.한 끝을 고정시킨 철사에 추를 매달고 이 추의 무게로 인하여 늘어나는 철사의 길이를 측정하는 방법(SEARLS의 장치를 이용)으로 철사의 Young률을 측정한다.기기 및 장치.Searls의 Young률 측정장치, 마이크로미터, 미터자, kg추, 철사 줄실험 이론.*탄성률◎정의 : 비례관계 안에서는 물체에 가한 힘과 그것에 의한 변형력은 비례관계에 있는데, 어떤 종류에 변형에 대해서는 양쪽의 비가 물체의 모양이나 크기에 따르지 않는 물질 고유의 상수. 일반적으로 그 물질의 탄성률 또는 탄성상수라 한다.◎예 : Young률, 체적 탄성률, 강성률*Young률◎정의 : 탄성률의 하나. 균일한 굵기의 막대를 양쪽 끝에서 잡아당기면 막대에 가해지는 F에 대하여 철사가 e만큼 늘어 나게된다. 탄성한계내에서 가해지는 힘 F와 늘어난 길이 e사이에는 Hooke의 법칙이 성립하고, 이를 정확히 표현하게 되면 단위면적당 가해진 힘과 단위길이당 늘어난 길이가 비례관계를 가지게 된다. 이때의 비례상수를 Young률 또는 연신탄성이라 한다.여기에서 F는 힘 A는 면적 L은 물체의 길이 e는 늘어난 길이를 의미한다. 이 식을 변형하면,로 나타낼 수 있다. 이때 단위 면적당 작용하는 힘을 변형력(Stress)이라고 하고, 단위길이당 늘어난 길이를 변형(Strain)이라고 한다.막대의 굵기나 길이와는 관계없이 재료에 따라 거의 정해진 값이 상수로 나타낸다. 단위는 압력의 단위와 같은 Pa(파스칼)이다.고체의 Young률 :～고무의 Young률 :～◎영률그래프1. 비례점 : 작은 변형에서 변형이 변형력에 비례하는 지점이다. 이는 Young률이 일정함을 의미한다. 이런 범위에서는 금속막대는 Hooke의 법칙을 따른다.2. 항복점 : 변형이 항복점 아래에 있는 경우 물체에 가해진 힘을 제거하면 원래의 모양과 크기로 환원된다. 항복점 이상에서는 변형력을 제거하여도 그 물질은 영구적으로 변형된 모양을 유지한다.3. 소성범위 ; 항복점 이상의 변형력에 대하여 금속막대는 변형력을 조금만 작용하여도 그 길이가 계속 늘어난다.4. 파괴점 : 물체가 계속해서 변형하다가 끊어지게 되는 지점이다.◎영률표원소영률원소영률원소영률원소영률아연9.3카드뮴7.1크롬2.5텅스텐36알루미늄7.0칼슘2.0코발트21탄탈19안티몸7.8금8.0납1.5철22우라늄13은7.9주석5.5구리12니켈20백금16.5베릴륨30마그네슘4.4단위 :◎실험에서의 영률로 나타내어 계산한다.*직렬 연결과 병렬 연결◎탄성력과의 관계Young률에서(Y=영률, A=단면적, L=길이, e=늘어난길이)탄성력에서(k=탄성계수, e=늘어난길이)에서탄성계수는 길이에 반비례하고 면적(굵기)에 비례한다.◎직렬 연결과 병렬 연결물체를 직렬 연결 한다면 길이가 늘어나기 때문에 탄성계수가 커지게 된다. 반면 병렬 연결 하게 되면 면적이 커지게 되므로 탄성계수가 작아지게 된다. 같은 힘을 가했을 때 직렬 연결을 하게 되면 늘어난 길이가 커지고, 병렬 연결을 하게 되면 늘어난 길이가 짧아지게 된다.직렬 연결(물체가 길어짐) :병렬 연결(물체가 굵어짐) :실험방법.① 1m정도의 아주 곧은 철사줄을 준비(중간부분 꼬임이나 접힌 부분이 없는 것)② 위쪽 끝 부분과 측정장치에 있는 조임들을 열고 측정장치에 있는 조임들을 받침대의 구멍에 밀어 넣고 조임틀 속으로 철사를 밀어 올려 끝부분에 있는 조임틀 속까지 가게 한 후 조임③ 받침대의 위치를 조절하여 두 조임틀 사이의 거리를 1m정도가 되게 한 후 아래쪽 조임틀 조임④ 철사줄의 아래끝을 추걸이의 고리에 세 번쯤 감고 끝을 위로하여 추걸이가 밑바닥에서 3cm정도 높이가 되게 함⑤ 추걸이의 고리로 향한 줄과 감고 나온 두 줄을 고리의 위쪽 3cm정도 되는 곳에서 프라이어를 상ㅇ하여 서로 강하게 꼬이게 하고 나머지 남은 줄을 잘라냄⑥ 마이크로미터 나사를 눈금에 맞추고 받침대를 수평이 되게 하고 장치를 조절하여 아랫 쪽 조임틀이 받침대에서 자유롭게 흔들리게 함.

자연과학| 2007.03.27| 4페이지| 2,000원| 조회(481)

탄성률, 실험보고서, 물리실험, 일반물리, 일반물리학, Searle, Searle장..

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(관성모멘트의 측정)-한양대, 고려대, 연세대

실험 제목 : 관성모멘트의 측정실험목적.관성모멘트가 무엇인지 파악한다.돌림힘(토크)가 무엇인지 파악한다.회전축에 대한 관성모멘트를 실험적으로 측정하고 이론적 계산과 비교한다.기기 및 장치.관성모멘트 측정장치, 미터자, 초시계, 저울, 추, 책상물림, 원통형 물체(원반, 링)실험 이론.1. 돌림힘(토크)돌림힘(토크)이란 힘을 받은 물체가 회전운동 할 때, 그 회전을 일으키는데 필요한 힘을 말한다. 돌림힘은 회전중심에 힘이 가해진다. 회전체의 중심축으로부터 힘을 가하는 점에 이르는 벡터가 있을 때, 그 벡터에 수직인 힘의 크기가 토크에 영향을 미치고, 벡터의 크기 또한 토크에 영향을 미친다. 회전중심과 힘점의 거리를 r, 힘을 F라 할때,로 나타낼 수 있다.2. 관성모멘트고립된 강체의 회전운동 상태는 그대로 유지된다. 강체의 회전운동 상태를 변화시키는 요인을 돌림힘이라고 부르며, 같은 돌림힘에 대해서도 물체에 따라서 회전운동 상태가 변화하는 정도는 다르다. 물체의 회전운동 상태는 각속도 ω로, 회전운동 상태에 변화가 일어나는 정도는 각가속도 α로 정량화되며, 물체의 각가속도와 물체에 가해진 총돌림힘 τ사이에는,............(1)의 정비례 관계가 성립하는데 이때의 비례상수 Irk 물체의 관성모멘트이다. 관성능률(慣性能率)이라고도 하며, 물체가 그 때의 상태를 유지하려고 하는 에너지의 크기를 말한다.여러 개의 입자로 구성되어 있으면서 입자 사이의 상대적인 위치가 고정되어 있는 계의 경우, 어떤 축에 해단 관성 모멘트는...........(2)이다. 여기에서는 i번째 입자의 질량이고는 축으로부터 그 입자까지의 직선거리이다.질량이 균일하게 분포되어 있는 강체의 경우에는 이를,(3)대칭적인 물체의 경우에는 관성 모멘트를 비교적 쉽게 계산할 수 있는데, 이때 관성 모멘트는 같은 물체의 경우라도 어떤 축을 회전축으로 하느냐에 따라서 달라지므로, 관성 모멘트를 얘기할 때는 반드시 축을 함께 나타내야만 한다. 다음은 여러 가지 대칭물체의 관성모멘트이다.3. 관성모멘트 측정강체가 어떤 회전축을 중심으로 회전할 때의 관성모멘트를 I라고 하면 이 때의 회전운동에너지 K.E.는으로 주어진다. 여기서 ω는 각속도이다. 특별한 대칭성을 갖는 물체에 대한 관성모멘트는 위의 그림에 주어져 있다. 아래 그림과 같은 장치에서 질량 M인 추가 정지상태로부터 시간 t동안에 h만큼 떨어지면서 원판을 회전시키면 에너지 보존법칙에 의해이다. 여기서 V는 추가 h만큼 내려왔을 때의 속도로서 추는 등가속도운동을 하므로,(a는 가속도)이고, ω는 회전축의 각속도로서이다. 여기서 r은 회전축의 반지름이다.식와를 식에 대입하면 관성모멘트 I는가 된다.실험방법.① 부척 캘리퍼를 사용하여 물체 A의 밑둥반경 r을 측정하고, 원통형 물체 B의 반경과 높이 h를 측정한다.② 그림 14-2와 같이 4m 정도 길이의 줄을 사용하여 A의 밑둥 부분에 1m 정도만큼 감은 후 추걸이에 연결 시킨다. 떨어지는 거리가 1m 정도 되게 조정을 한다.③ 추걸이에 질량이 적은 추 (1/2 혹은 1g 정도)를 한개 씩 올려놓으면서 A가 일정한 속도로 돌기 시작하도록 조정한다. 이때 올려놓은 추의 질량은 나중에 올려놓을 질량에 비해 무척 작기 때문에 식 (5)~(6)의 계산에 미치는 영향은 무시할 수 있다.

자연과학| 2007.03.11| 4페이지| 2,000원| 조회(1,296)

관성모멘트, 모멘트, 실험보고서, 일반물리, 관성모멘트 측정, 회전축, 돌림힘, 모멘..

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(용수철에 의한 조화진동)-한양대, 고려대, 연세대

실험 제목 : 용수철에 의한 조화진동실험목적.용수철에 매달려 진동하는 추의 단진동을 살펴보고, 주기와 용수철 상수를 직접 구해본다.용수철의 조화진동을 관찰하여 Hook의 법칙을 검증한다.용수철의 진동수와 끝에 달린 물체의 질량관계를 알아본다.기기 및 장치.용수철, 높이 조절 지지대, 삼중대저울, 추와 추걸이, 미터자, 초시계실험 이론.진동(Oscillation)1. 정의 : 주기적으로 되풀이 되는 운동2. 진동수(frequency)1) 정의 : 1초 동안 운동이 되풀이 되는 횟수2) 단위 : 1hertz = 1Hz = 1초동안 1번 진동 =3. 주기(period)1) 정의 : 1번 진동하는데 걸리는 시간2) 주기(T)는 진동수(f)의 역수 :용수철에 의한 조화운동용수철은 탄성체이기 때문에 힘을 가하면 늘어나게 되고, 늘어나는데 따른 탄성력이 작용하여 원래 상태로 돌아가려 한다. 이때 용수철은 Hook의 법칙을 따른다.[(-)의 의미는 변위의 방향과 반대, k : 비례상수, x : 변위]--(1)비례상수 k를 용수철의 힘상수라고 한다.수평면에서의 용수철 진동위의 그림에서 용수철에 달린 물체를 당겨 x의 위치로 이동하면 용수철은 탄성력이 생긴다. 그 탄성력에 의해서 원래 있던 자리 x=0로 돌아가게 된다. x=0로 돌아간 물체는 운동에너지를 가지고 있기 때문에 계속 운동하여 -x를 향해 운동하게 되고, 이 때 또다시 탄성력이 발생하게 된다. 탄성력은 -x위치에서 최대가 되어 운동이 멈추게 되고 또다시 x=0로 돌아가게 된다.이런 식으로 운동을 반복하게 된다. 왼쪽 그림과 같이 용수철을 늘이면 늘어난 길이가 가장 길 때(물체가 A또는 -A에 있을 때) 가속도는 가장 크지만 속도는 0이 된다. 또 제자리(물체가 0의 위치에 있을 때)에서는 탄성력이 작용하지 않아 가속도는 없지만 속도는 최대가 된다. 이 속도는 물체가 멈추지 않고 나아가게 하여 -A의 위치로 보내게 된다.이처럼 용수철은 단순진동을 계속 반복하게 된다.매달린 용수철의 조화진동다음 그림과 같이 질량 m인 물체를 달아 가만히 놓아 둘 때 용수철의 늘어난 길이는라고 하자. 이 때 용수철을 x만큼 잡아 당겼다 놓으면 상하의 단조화진동을 시작한다. 상하의 단조화진동은 수평면에서의 단조화진동과 같은 원리를 가진다. Newton의 운동법칙과 Hook의 법칙에 따라서,(2)을 얻게 된다. 여기서 a는 가속도이고 질량 M'은 추의 질량 m, 추걸이질량 m', 용수철의 질량 m''에 돤계되는 유효질량으로(3)로 쓸 수 있다. (2)의 해는 일반적으로 조화함수로 주어지고 주기 T는(4)에 의해의 그래프에서 기울기 k를 구할 수 있다.또한이 0이 되는 질량를 외삽하여 찾으면 식 (4)로부터을 구할 수 있다.실험방법.① 용수철의 질량을 측정하고 용수철을 지지대에 달아 용수철이 지지대에 평행이 되도록 받침대를 조정한다.② 추걸이에 최대로 올려놓을 수 있는 무게의정도씩 증가시켜 가면서 용수철의 늘어난 길이를 측정하여 표를 작성한다. 이 때 추를 추걸이에 가만히 올려놓아서 추가 단조화 운동을 하지 않게 한다.

자연과학| 2007.02.28| 4페이지| 2,000원| 조회(1,239)

용수철, 단진동, 실험보고서, 일반물리, 조화진동, 일반물리학, 용수철의 조화진동, 추

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(힘평형장치에 의한 힘의 합성)-한양대, 고려대, 연세대

실험 제목 : 힘평형장치에 의한 힘의 합성실험목적.한 점에 작용하는 여러 힘의 합력을 힘평형장치에 의하여 구하고 계산과 그림법에 의한 결과를 비교한다.기기 및 장치.힘평형장치(Force Table), 추 1조, 각도기, mm자, 그래프용지, 수준기실험 이론.힘은 방향과 크기를 기술해야하는 벡터량이다. 따라서 한 점에 작용하는 여러 힘의 합력은 벡터의 합으로 합산한다. 벡터의 합을 나타내는 방법은 삼각형법, 평행사변형법, 다각형법 등이 있다.그림 1위의 그림 1은 평행사변형법을 나타내는 것이다. 다름 그림은 다각형법과 삼각형법이다.다각형법 삼각형법벡터량은 수평성분과 수직성분으로 분해하여 나타낼 수도 있다. 그림 2는 한개의 벡터를 수직성분과 수평성분으로 나타낸 것이다.그림2위의 그림에서는 수평성분이고,는 수직성분이다. 벡터의 합을 구할 때는 수평성분은 수평성분끼리 수직성분은 수직성분끼리 합한다. 두 성분의 합이 구해지면 합해진 수평성분과 수직성분을 합하여 하나의 벡터를 만든다.힘 A의 수평성분은이고, 수직성분은이다. 다른 힘 B, C도 A와 같이 분해하고, A, B, C의 합을 구할 때는 성분의 합을 구한다.예를들면, A, B, C의 합벡터 R을 구한다고 할때,로 계산된다. 이때 R의 크기와 방향을 구하는 식은 다음과 같다.힘의 평형이란 말은 여러개의 힘을 벡터의 합으로 나타냈을 때, 아무런 힘이 작용하지 않는 것처럼 벡터값이 0이 되는 것을 의미한다. 이때 중요한 점은 여러개의 힘이 한개의 작용점을 공유하고 있다는 것이다, 즉, 모든 힘이 한군데에만 작용할 때 힘을 합산할 수 있다. 작용점이 다른 힘끼리는 합산을 할 수 없는 것이다.그림 3위의 그림 3은 힘의 평형을 나타내는 것이다. 벡터 A와 벡터 B의 합에 의하여 수직벡터의 합은 0이 되고, 벡터 A와 벡터 B의 합과 벡터 C의 합에 의하여 수평 벡터도 0이 된다. 그러므로 합 벡터의 수직성분과 수평성분이 모두 0이므로 아무런 힘도 작용하지 않는 것과 같다.힘평형장치를 이용한 실험에서는 힘 A와 힘 B를 걸어놓고 거기에 평형이 되도록 하는 힘 C를 측정하고, 이론상으로 힘 A와 힘 B의 합에 대한 평형을 이루는 힘 C를 구하여 둘을 비교하기로 한다.실험방법.① 힘평형장치가 수평이 되어 있는가를 수준기를 이리저리 옮겨가며 확인한다.② 추걸이에 추를 올려놓기 전에 도르래가 마찰 없이 가볍게 움직이나 확인한다.③ 두 힘 A와 B를 임의로 결정하여 보고서 용지에 기록하고 이에 따라서 추걸이에 추를 올려놓는다 이 때 추걸이 무게도 합하여야 하며 올려놓은 추의 무게는 100g 단위로 한다. 다음에 도르래를 움직여 각 힘의 방향을 결정한다.

자연과학| 2007.02.23| 3페이지| 1,500원| 조회(2,090)

물리학실험, 실험보고서, 힘의 합성, 일반물리학, 힘평형장치, 평형장치, 도르레

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