[기계공학실험] CriticalVelocity

목차

Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론
ⅲ. 역사적 배경

Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항

Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 용어설명 및 실험관련 내용
ⅲ. 결론 및 고찰
ⅳ. 참고문헌

본문내용

값이 달라지고 전류 변화를 가속도로 인식하는 원리이다.
두 번째는 완전히 기계적인 공진 모드를 이용한 진동 센서이다. 내부에 있는 스프링에 연결된 물체가 가속도에 따라 힘을 받게 되는데, 스프링에 작용하는 텐션을 측정하여 가속도 정보로 사용하는 원리이다. 사용되는 분야는 유도 미사일 같이 위치 센서를 부착하기 힘들거나 위치 정보의 해상도가 매우 떨어져 제어에 사용하기 힘든 경우의 시스템에서 응용된다.
◎ 사례 4. 진동원리를 이용한 악기(현악기)
실생활에서 흔히 볼 수 있는 현악기는 현(줄)을 진동 시켜서 그 진동의 음파에 맞는 소리를 이용해서 멜로디를 연주하게 되는 것이다. 줄을 진동 시키는 방법은 손이나 도구를 이용해 줄을 튕겨서 소리를 내는 기타, 가야금, 하프 같은 악기가 있고, 활을 이용해서 줄을 마찰시키는 바이올린, 첼로, 아쟁 같은 악기가 있다.
현악기음의 높낮이를 결정하는데 영향을 주는 부분은 줄의 두께와 줄의 길이를 들 수 있다. 높은 음과 낮은음을 내는 것은 그 줄의 진동속도에 따라 달라지는데 진동이 빠를수록 음은 높아지고 진동이 느리면 음이 낮아진다. 하지만 줄이 두꺼우면 그 진동은 느려지고 줄이 얇을수록 진동이 빠르게 된다.
< 사진-4 대표적인 현악기 바이올린 >
◎ 사례 5. 영국 밀레니엄 다리 폐쇄
런던에 있는 ‘밀레니엄 다리’가 2000년 행인들의 발 맞추기에 의한 심한 진동 때문에 폐쇄되기도 했다. 다리 개막식에 참석한 2,000여명의 행인이 동시에 발을 맞추기 시작하자, 다리는 옆으로 심하게 흔들리기 시작했다. 설상가상으로 흔들리는 다리에서 균형을 잡으려는 행인들이 흔들림에 발을 일제히 맞추기 시작해 새로 개장한 현대식 다리가 통제 불능 상태에 빠지게 된 것이다. 그 후 밀레니엄 다리는 보수공사를 하기 위해 폐쇄할 수 밖에 없었다.
< 사진-5 영국 밀레니엄 다리 >
ⅱ. 결론 및 고찰
① 실험 결과의 비교 분석 및 오차원인
이번에 시행한 Critical Velocity 실험은 축에 가해지는 하중에 대한 위치 조건을 변화하여 같은 길이 당 3번씩 총 9번의 실험을 하였는데, 시험온도나 시험기구, 주위 환경 조건은 동일하였다.
위의 실험 Data 결과표와 그래프를 정리해보면 길이 = 0.7m 축에 가해지는 하중이 없을 경우에 평균 약 3040.667rpm 의 Critical Velocity가 측정되었고 길이 = 0.35m 와 = 0.175m 위치에 W=0.11kg 의 하중이 가해졌을 때의 Critical Velocity는 각각 평균 약 1706.667, 2273.333rpm 으로 측정되었다. 이 실험값을 이론값과 비교하여 본다면 차례대로 192.194, 214,249, 25.458rpm 차이가 났다. 종합적으로 보면 최대 11%의 오차범위가 나타나는 것을 알 수 있다. 특이한 점은 다른 경우와 달리 = 0.175m 위치에 하중이 위치할 경우에 측정된 Critical Velocity가 이론값 보다 높게 측정되었다는 것이다.
또한 = 0.7m 이고 하중이 없는 경우의 실험에서 Critical Velocity가 가장 높게 측정된 이유를 분석해보면 축 자체에 아무런 하중이 가해지지 않았고, 축의 길이도 가장 길었기 때문이다. 첫 번째 실험의 측정값은 하중을 가했을 경우 시행 할 실험의 기초적인 비교 Data가 될 수 있었다.
첫 번째 실험을 기초로 하여 똑같은 하중을 가해주며 위치만 변화 시켜준 두 번째, 세 번째 실험을 비교해 본다면, 1/2 지점에 하중을 준 경우보다 1/4 지점에 하중을 가한경우에 Critical Velocity가 더 높게 측정된 것을 알 수 있다. 그 원인을 분석해 본다면 회전축(=회전 동력을 제공하는 Motor)에 근접하여 하중을 가해줄수록 중심이 한쪽으로 치우치는 현상인 편심을 더 확실하게 잡아주어 Critical Velocity가 높게 측정되었다고 할 수 있겠다.
하지만, Critical Velocity 이론값과 실제 실험값을 비교한 그래프에 보이는 바와 같이 오차가 발생하였는데 오차원인을 알아보면 다음과 같다. 첫 번째로 실험에 사용된 축이 Rigid Body가 아니라는 것이다. 이론적인 계산 및 Data에서는 축 자체를 Rigid Body로 생각하였지만, 실제 우리가 사용한 축은 완벽한 강체라고 볼 수 없다. 두 번째 오차원인을 들자면 회전속도 조절기가 오른쪽에 보이는 사진과 같이 rpm을 정확히 조절할 수 없는 구조이고, 사람의 손으로 직접 조정하여 공진 현상을 갖는 움직임을 판단하여야 했기에 실험 결과의 정확도가 떨어졌다고 생각한다. 또한, 공진현상을 판단하는 기준을 사람의 눈을 사용하였기 때문에 신뢰도가 높지 않은 것도 오차 원인 중에 하나라고 할 수 있다. <사진-6 회전 속도 조절기 조작사진>
마지막으로 축 상에 0.35m, 0.175m 지점에 추를 고정시킬 때 사람의 손과 눈, 사전에 표시해 둔 눈금을 이용하여 위치를 잡고 설치했기 때문에 이 또한 정확한 위치에 고정시켰다고 볼 수 없으므로 오차요소가 될 수 있다고 생각한다. 이 부분에 대해서는 상대적으로 신뢰도가 높은 디지털 센서나 전자 측정기를 사용하면 정확한 실험을 할 수 있겠다는 생각이 들었다.
비록, 여러 가지 이유로 정확한 실험을 하지 못하였다고 언급하였지만, 이번 Critical Velocity 실험을 통하여 고유진동수의 발생 원인과 과정 및 결과를 알게 되었고, 진동 공학 수업시간에 배운 내용과도 많이 결부되어 학업 증진에 많은 도움이 되었다고 생각한다. 또한 실생활에서도 많이 연관된 ‘진동’이라는 전문적 지식에 한걸음 다가가게 된 기계공학도가 된 것 같다.
ⅲ. 참고문헌
① Singiresu S. Rao, "기계진동학", PEARSON Prentics Hall, 2004, pp 44
② William J. Palm, “진동공학”, 인터비젼, 2007, pp 133
③ R.G. Whie & J.G. Walker, “소음과 진동”, 양마출판사, 1996, pp 146
④ 백광현 외 4명, “쉽게 배우는 기계진동”, 인터비젼, 2003, pp 9
⑤ Inman, Daniel J. , “최신기계진동학”, 피어슨 에듀케이션, 2002

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