목차
1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference
본문내용
무게는 2170.15g 이었어야 했다. 그렇다면 실제 실험에서 우리 조가 중성부력일 때의 측정한 실린더의 무게와 비교해 정확성을 비교해보자.
실험에서의 중력의 크기를 구하기 위해 필요한 공식 에서 은 실린더의 무게인데, 실린더 안에 고무마개를 넣기 전 실린더와 고무마개 3개의 무게를 더해보니 0.5864kg =586.4g 이었고, 중성부력을 가질 때 실린더 안에 넣어주었던 추들의 무게를 실린더 가운데 칸과 왼쪽 칸, 오른쪽 칸으로 나누어 무게를 측정하였다. (Table 2)
가운데 칸의
추 무게
566.2g
왼쪽 칸의
추 무게
487.1g
오른쪽 칸의
추 무게
474g
Table 2. 실린더 안의 각 칸에 넣어준 추의 무게
그러므로 실린더 안의 추 무게의 합은 1527.3g 이고, 실린더와 고무마개의 무게와 합해주면 최종적인 실린더의 무게는 다음과 같다.
이는 이론적으로 중성부력일 때의 실린더의 무게였던 2170.15g과 약 56g 정도 차이를 보인다. 또한 이는 전체적인 값에서의 2.6% 정도를 차지하므로 아주 적은 오차라고는 볼 수 없다. 이러한 무게의 오차가 생긴 이유를 분석해보자.
4. Conclusion
이번 부력 실험은 유체 속의 물체에 작용하는 힘들에 대해 이해하고, 부력의 종류들 중 하나인 중성부력일 때는 중력과 부력이 같아짐을 이용해 실린더의 부피에 따른 부력의 크기와 실린더의 무게에 따른 중력의 크기를 비교해보는 실험이었다. 실린더의 부피를 이용해 부력을 구하고, 부력=중력일 때 이 식이 성립하도록 하는 실린더의 무게는 2170.15g 이었다. 그런데 실제 실험에서 아크릴 실린더가 물 속에서 10초 이상 중성부력을 유지했을 때의 실린더의 무게를 측정해본 결과는 2113.7g 으로 이론적인 무게값과 약 56g 정도 차이가 났다. 이는 아주 적은 차이라고 할 수 없었는데, 이러한 오차의 원인이 무엇이 있었던 것인지 분석해보도록 하자.
① 부서진 아크릴 실린더 판 한쪽
Fig 8. 오차의 원인이 된 부서진 실린더 판
실린더 안에 추를 넣고 물에 넣는 도중 아크릴 실린더의 한 쪽 판(Fig 8)이 부서지는 사고가 있었는데, 전날 실험을 진행했던 조가 부서짐 사고가 있었던 것이라고 하셨다. 그래서 실린더를 물 속에 넣으면 한 쪽 판이 추의 무게를 이기지 못하고 자꾸 부서져서 빠져나가서 실험하는데 어려움을 겪었다. 그래서 한 쪽 판에 물이 새어 들어가지 못하도록 Fig 2처럼 테이프를 이용해 꼼꼼히 밀봉한 후 실험을 진행했는데, 나중에 실험을 마치고 보니 밀봉을 했음에도 불구하고 테이프를 붙인 실린더의 왼쪽 칸에는 물이 조금 차있는 것을 볼 수 있었다. 실린더 안으로 새어 들어온 물의 무게는 정확히 측정하는 것이 불가능했기 때문에 추의 무게와 붙여준 테이프의 무게만 측정했다. 실제로는 칸 안에 들어온 물의 무게 또한 실린더의 무게에 포함해 주었어야 했고, 포함해주었다면 실제 실험에서 측정한 실린더의 무게가 늘어나 더욱더 이론적인 무게와 가까워져 오차가 줄어들 수 있었을 것이다.
② 실린더의 불균형
실험에 사용한 아크릴 실린더는 Fig 8에서처럼 왼쪽, 가운데, 오른쪽 3개의 칸으로 나뉘어 있었다. 그런데 Table 2에서 각 칸에 넣어준 추의 무게를 측정해 보았을 때 왼쪽과 오른쪽의 무게가 차이가 나서 균형이 맞지 않았기 때문에 무게 중심이 왼쪽으로 쏠려 실린더 자체가 왼쪽으로 기울어졌을 것이라는 것을 알 수 있다. 그래서 중성부력을 유지하지 못하고 자꾸 가라앉았을 것이고, 미세한 양이지만 계속적으로 부서진 왼쪽 판 틈새로 물이 들어오고 있었기 때문에 가라앉았을 것이라고 생각한다. 또한 중성부력을 유지하는 것 자체도 육안으로 확인하는 것이기 때문에 미세한 움직임을 관찰하는 것은 힘들다고 생각한다.
③ 유체의 흔들림
수조 안에 실린더를 넣을 때 손을 이용해 사람이 직접 넣기 때문에 그 과정에서 물 이 흔들릴 가능성이 높다. 유체가 흔들리는 상태에서 물체가 유체에 들어가게 되면 물체는 부력, 중력 뿐 아니라 항력이라는 힘의 작용도 함께 받게 된다. 항력은 저항력이며 유체가 이동하는 방향에 반대로 작용하며 유체의 이동을 방해하는 힘이다. 그렇기 때문에 힘의 평형 방정식에 항력도 포함되게 되어 식 자체의 변화가 생길 것이다. 유체가 흔들리지 않는 정지 상태에서 실험하는 것은 어려웠기 때문에 항력을 무시할 수 없어서 정확한 실험을 진행하기가 어려웠다.
5. Reference
[1] 2019학년도 3학년 1학기 단위조작이론 및 실험 1 실험노트
실험에서의 중력의 크기를 구하기 위해 필요한 공식 에서 은 실린더의 무게인데, 실린더 안에 고무마개를 넣기 전 실린더와 고무마개 3개의 무게를 더해보니 0.5864kg =586.4g 이었고, 중성부력을 가질 때 실린더 안에 넣어주었던 추들의 무게를 실린더 가운데 칸과 왼쪽 칸, 오른쪽 칸으로 나누어 무게를 측정하였다. (Table 2)
가운데 칸의
추 무게
566.2g
왼쪽 칸의
추 무게
487.1g
오른쪽 칸의
추 무게
474g
Table 2. 실린더 안의 각 칸에 넣어준 추의 무게
그러므로 실린더 안의 추 무게의 합은 1527.3g 이고, 실린더와 고무마개의 무게와 합해주면 최종적인 실린더의 무게는 다음과 같다.
이는 이론적으로 중성부력일 때의 실린더의 무게였던 2170.15g과 약 56g 정도 차이를 보인다. 또한 이는 전체적인 값에서의 2.6% 정도를 차지하므로 아주 적은 오차라고는 볼 수 없다. 이러한 무게의 오차가 생긴 이유를 분석해보자.
4. Conclusion
이번 부력 실험은 유체 속의 물체에 작용하는 힘들에 대해 이해하고, 부력의 종류들 중 하나인 중성부력일 때는 중력과 부력이 같아짐을 이용해 실린더의 부피에 따른 부력의 크기와 실린더의 무게에 따른 중력의 크기를 비교해보는 실험이었다. 실린더의 부피를 이용해 부력을 구하고, 부력=중력일 때 이 식이 성립하도록 하는 실린더의 무게는 2170.15g 이었다. 그런데 실제 실험에서 아크릴 실린더가 물 속에서 10초 이상 중성부력을 유지했을 때의 실린더의 무게를 측정해본 결과는 2113.7g 으로 이론적인 무게값과 약 56g 정도 차이가 났다. 이는 아주 적은 차이라고 할 수 없었는데, 이러한 오차의 원인이 무엇이 있었던 것인지 분석해보도록 하자.
① 부서진 아크릴 실린더 판 한쪽
Fig 8. 오차의 원인이 된 부서진 실린더 판
실린더 안에 추를 넣고 물에 넣는 도중 아크릴 실린더의 한 쪽 판(Fig 8)이 부서지는 사고가 있었는데, 전날 실험을 진행했던 조가 부서짐 사고가 있었던 것이라고 하셨다. 그래서 실린더를 물 속에 넣으면 한 쪽 판이 추의 무게를 이기지 못하고 자꾸 부서져서 빠져나가서 실험하는데 어려움을 겪었다. 그래서 한 쪽 판에 물이 새어 들어가지 못하도록 Fig 2처럼 테이프를 이용해 꼼꼼히 밀봉한 후 실험을 진행했는데, 나중에 실험을 마치고 보니 밀봉을 했음에도 불구하고 테이프를 붙인 실린더의 왼쪽 칸에는 물이 조금 차있는 것을 볼 수 있었다. 실린더 안으로 새어 들어온 물의 무게는 정확히 측정하는 것이 불가능했기 때문에 추의 무게와 붙여준 테이프의 무게만 측정했다. 실제로는 칸 안에 들어온 물의 무게 또한 실린더의 무게에 포함해 주었어야 했고, 포함해주었다면 실제 실험에서 측정한 실린더의 무게가 늘어나 더욱더 이론적인 무게와 가까워져 오차가 줄어들 수 있었을 것이다.
② 실린더의 불균형
실험에 사용한 아크릴 실린더는 Fig 8에서처럼 왼쪽, 가운데, 오른쪽 3개의 칸으로 나뉘어 있었다. 그런데 Table 2에서 각 칸에 넣어준 추의 무게를 측정해 보았을 때 왼쪽과 오른쪽의 무게가 차이가 나서 균형이 맞지 않았기 때문에 무게 중심이 왼쪽으로 쏠려 실린더 자체가 왼쪽으로 기울어졌을 것이라는 것을 알 수 있다. 그래서 중성부력을 유지하지 못하고 자꾸 가라앉았을 것이고, 미세한 양이지만 계속적으로 부서진 왼쪽 판 틈새로 물이 들어오고 있었기 때문에 가라앉았을 것이라고 생각한다. 또한 중성부력을 유지하는 것 자체도 육안으로 확인하는 것이기 때문에 미세한 움직임을 관찰하는 것은 힘들다고 생각한다.
③ 유체의 흔들림
수조 안에 실린더를 넣을 때 손을 이용해 사람이 직접 넣기 때문에 그 과정에서 물 이 흔들릴 가능성이 높다. 유체가 흔들리는 상태에서 물체가 유체에 들어가게 되면 물체는 부력, 중력 뿐 아니라 항력이라는 힘의 작용도 함께 받게 된다. 항력은 저항력이며 유체가 이동하는 방향에 반대로 작용하며 유체의 이동을 방해하는 힘이다. 그렇기 때문에 힘의 평형 방정식에 항력도 포함되게 되어 식 자체의 변화가 생길 것이다. 유체가 흔들리지 않는 정지 상태에서 실험하는 것은 어려웠기 때문에 항력을 무시할 수 없어서 정확한 실험을 진행하기가 어려웠다.
5. Reference
[1] 2019학년도 3학년 1학기 단위조작이론 및 실험 1 실험노트
소개글