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42
목차
1. 역학적 에너지보존 실험 3
1.1 실험목적 3
1.2 실험이론 3
1.3 실험장치 4
1.4 실험방법 4
1.5 실험결과의 정리 4
1.6 토의 및 고찰 5
2. 탄성·비탄성 충돌에서 운동량보존 실험 7
2.1 실험목적 7
2.2 실험이론 7
2.3 실험장치 8
2.4 실험방법 8
2.5 실험결과의 정리 8
2.6 토의 및 고찰 11
3. 1자유도계의 자유진동 실험 12
3.1 실험목적 12
3.2 실험이론 12
3.3 실험장치 14
3.4 실험방법 15
3.5 실험결과의 정리 15
3.6 토의 및 고찰 16
4. 1자유도계의 강제진동 실험 18
4.1 실험목적 18
4.2 실험이론 18
4.3 실험장치 19
4.4 실험방법 20
4.5 실험결과의 정리 20
4.6 토의 및 고찰 21
5. 회전체의 임계속도 실험 25
5.1 실험목적 25
5.2 실험이론 25
5.3 실험장치 26
5.4 실험방법 26
5.5 실험결과의 정리 27
5.6 토의 및 고찰 28
6. 기어 치차 실험 29
6.1 실험목적 29
6.2 실험이론 29
6.3 실험장치 31
6.4 실험방법 31
6.5 실험결과의 정리 31
6.6 토의 및 고찰 32
7. 관성 모멘트 측정 실험 35
7.1 실험목적 35
7.2 실험이론 35
7.3 실험장치 35
7.4 실험방법 36
7.5 실험결과의 정리 36
7.6 토의 및 고찰 37
참고문헌 및 부록 39
[참고문헌] 39
[부록] 39
1.1 실험목적 3
1.2 실험이론 3
1.3 실험장치 4
1.4 실험방법 4
1.5 실험결과의 정리 4
1.6 토의 및 고찰 5
2. 탄성·비탄성 충돌에서 운동량보존 실험 7
2.1 실험목적 7
2.2 실험이론 7
2.3 실험장치 8
2.4 실험방법 8
2.5 실험결과의 정리 8
2.6 토의 및 고찰 11
3. 1자유도계의 자유진동 실험 12
3.1 실험목적 12
3.2 실험이론 12
3.3 실험장치 14
3.4 실험방법 15
3.5 실험결과의 정리 15
3.6 토의 및 고찰 16
4. 1자유도계의 강제진동 실험 18
4.1 실험목적 18
4.2 실험이론 18
4.3 실험장치 19
4.4 실험방법 20
4.5 실험결과의 정리 20
4.6 토의 및 고찰 21
5. 회전체의 임계속도 실험 25
5.1 실험목적 25
5.2 실험이론 25
5.3 실험장치 26
5.4 실험방법 26
5.5 실험결과의 정리 27
5.6 토의 및 고찰 28
6. 기어 치차 실험 29
6.1 실험목적 29
6.2 실험이론 29
6.3 실험장치 31
6.4 실험방법 31
6.5 실험결과의 정리 31
6.6 토의 및 고찰 32
7. 관성 모멘트 측정 실험 35
7.1 실험목적 35
7.2 실험이론 35
7.3 실험장치 35
7.4 실험방법 36
7.5 실험결과의 정리 36
7.6 토의 및 고찰 37
참고문헌 및 부록 39
[참고문헌] 39
[부록] 39
본문내용
낮게 나타났다.
이러한 오차의 주요 원인은 실험 시 발생한 에너지손실에 있을 것으로 판단된다. 이전의 실험들을 고려 해 보았을 때, 자유낙하시 발생한 공기와의 미묘한 마찰, 추를 매단 줄에서의 손실, 드럼에서의 마찰이나 토크 전달에 있어서의 에너지 손실 등으로 으로 분석해 볼 수 있다. (그 외의 실험 시 추의 흔들림이나 계산시의 미묘한 오차도 작용 했을 것이다.)
(5) 마찰이 작용하였을 때의 자유물체도를 [그림 7.1]과 같이 그려보고, 마찰에 의한 토크 손실을 계산하여 보시오.
(6) 고찰
-> 비교적 작은 오차값을 보이지만 이번 실험 역시 오차가 존재하지 않을 수가 없다.
드럼 자체가 가지고 있는 물성적 오차도 있겠지만, 이러한 원인보다도 비보존력에 의한 에너지
손실 특히 이번실험에서 주요한 드럼과 줄 사이의 마찰에너지 손실은 불가피하다.
참고문헌 및 부록
[참고문헌]
“공업역학 동역학(11판)”, Pearson, R. C. Hibbeler, p.184~258
“기계설계”, McGraw-Hill Korea, 461~729
“KREYSZIG 공업수학 개정 8판”, E.Kreayszig 저, 13인 공역, p.88~92, A28 부록 A3.1
“기계진동학 제 4판”singiresu S. Rao 저, 133~290
“시사상식사전”, pmg 지식엔진연구소
“기계공학용어사전”, 기계공학사전편집위원회
[부 록]
1) 보존계와 비보존계(conservative & non conservative system)
역학적 에너지보존법칙이 성립하는 계를 가리킨다. 이 계 안에서는 물체 각각의 에너지는 변하더라도 계 전체의 총 역학적 에너지는 항상 일정하다. 그러나 외력이 작용할 경우 더 이상 보존계라고 볼 수 없으며, 역학적 에너지도 보존되지 않는다. 이때의 역학적 에너지가 보존되지 않는 계를 비보존계 라고 한다.
2) 질량(mass; ):
어떤 물체에 포함되어 있는 물질의 양. 진동계에서 질량은 운동에너지를 저장하는 역할을 하며, 관성력을 지닌다. 운동에너지와 관성력은 각각 절대 속도와 절대 가속도를 쓴다.
3) 질량관성모멘트(mass moment of inertia; ):
회전축을 중심으로 회전하는 물체가 계속해서 회전을 지속하려고 하는 성질의 크기를 나타낸 것이다. 외부에서 힘이 작용하지 않는다면 관성모멘트가 클수록 각속도가 작아지게 된다.
4) 극관성모멘트(polar moment of inertia; ):
비틂에 저항하는 성질을 나타낸 값이다. 돌림힘이 작용하는 물체의 비틀림을 계산하기 위해서 필요하다. 휨에 대한 저항을 나타낸 값인 단면 이차 모멘트(처짐을 계산하는 데 필요함)와 유사하다.
극관성모멘트의 값이 클수록, 같은 돌림힘이 재하 되었을 때 비틀림은 작아진다.
5) 단면 2차모멘트(area moment of inertia; ):
굽힘의 힘이 작용하였을 때, 소재가 변형에 저항하는 성질을 나타내는 것
6) 고유진동수(natural frequency; ):
계가 지니는 고유한 진동수를 뜻한다. 고체는 형태, 치수, 장력, 탄성, 밀도 등에 의하여, 액체는 고체로 둘러싸인 형태, 치수, 탄성, 밀도 등에 의하여 일정한 진동수(하나로 한정되지 않는다)를 가지며, 이것을 고유 진동수 또는 고유 주파수라고 한다
7) 점성 감쇠계(상)수(vicous damping coefficient; ):
감쇠 특성을 나타내는 계수. 일반적으로 속도에 비례하는 저항의 계수를 가리킨다. c 값의 대소에 따라서 질량 m의 운동은 무주기(無周期) 운동, 감쇠 진동 또는 단진동(單振動)이 된다.
9) 감쇠비(damping ratio;
임계 감쇠상수에 대한 감쇠상수의 비
10) 대수감소율(logarithmic decrement; ):
감폭 진동에 있어서 인접한 같은 방향 진동의 최대 진폭의 비의 자연대수를 말한다.
11) 임계속도(critical speed; ):
축의 회전속도가 축계의 고유진동수와 같아지며, 축이 이상한 진동을 일으킬 때의 축의 회전속도. 회전축과 회전체가 회전할 때 이것의 고유진동수와 축의 회전수 일치 또는 배수가 되면, 공전해서 축의 편차가 무한대가 되려고 하므로 진폭이 급증해서 위험한 상태가 될 때를 말함.
12) 공진현상(resonance):
특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상.즉 시스템의 고유진동수와 가진진동수가 일치할 때 나타나며, 진폭이 무한대로 발산하여 시스템이 파괴 될 수 있다.
13) 스프링상수(k):
용수철에 작용하는 힘과 길이변화의 비례관계를 표시하는 상수. 스프링상수 또는 탄성계수라고도 한다.
진동계에 있어서 스프링상수는 stiffness로써 계의 위치에너지를 저장하고 탄성력은 상대 변위에 비례한다.
14) 영률(E):
물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률로 길이탄성률이라고도 한다.
15) 진동(vibration):
대상으로 하는 양이 하나의 기준값을 중심으로 해서 서로 증감이 반복되는 주기 운동을 말한다. 용수철에 무게를 가했을 때 생기는 단진동이 기본이 되는 진동으로, 이 변위를 종축으로 하고 시간을 횡축으로 해서 그래프화 하면 정현파형의 곡선이 된다. 물체가 진동하고 있는 상태는 크게 자유진동, 강제진동 2종류의 진동이 있다. 자유진동은 진동 초기에 변위 또는 운동이 외부로부터 주어지고, 그것에 의해 진동이 시작된다. 일반적으로는 진동 중에 에너지가 소멸되기 때문에, 그 진폭은 점차 감쇠해 간다. 이에 대해 강제진동에서는 항상 외력의 작용에 따라 진동이 계속된다.
16) 감쇠기(damper):
에너지를 소산시키는 방법에 의해 진동이나 충격 또는 소리의 진폭을 경감시키기 위해 사용하는 장치.
진동계에서 역시 에너지를 소산시키는 역할을 하며 힘의 크기는 움직이는 물체의 상대속도에 비례한다.
17) 기어(gear):
2개 또는 그 이상의 축 사이에 회전이나 동력을 전달하는 장치이다. 운동이나 동력을 전달하는 장치의 총칭으로 전동에는 직접 전동과 간접 전동이 있으며, 직접 전동에는 기어, 캠, 간접 전동에는 벨트나 체인 등이 사용된다.
이러한 오차의 주요 원인은 실험 시 발생한 에너지손실에 있을 것으로 판단된다. 이전의 실험들을 고려 해 보았을 때, 자유낙하시 발생한 공기와의 미묘한 마찰, 추를 매단 줄에서의 손실, 드럼에서의 마찰이나 토크 전달에 있어서의 에너지 손실 등으로 으로 분석해 볼 수 있다. (그 외의 실험 시 추의 흔들림이나 계산시의 미묘한 오차도 작용 했을 것이다.)
(5) 마찰이 작용하였을 때의 자유물체도를 [그림 7.1]과 같이 그려보고, 마찰에 의한 토크 손실을 계산하여 보시오.
(6) 고찰
-> 비교적 작은 오차값을 보이지만 이번 실험 역시 오차가 존재하지 않을 수가 없다.
드럼 자체가 가지고 있는 물성적 오차도 있겠지만, 이러한 원인보다도 비보존력에 의한 에너지
손실 특히 이번실험에서 주요한 드럼과 줄 사이의 마찰에너지 손실은 불가피하다.
참고문헌 및 부록
[참고문헌]
“공업역학 동역학(11판)”, Pearson, R. C. Hibbeler, p.184~258
“기계설계”, McGraw-Hill Korea, 461~729
“KREYSZIG 공업수학 개정 8판”, E.Kreayszig 저, 13인 공역, p.88~92, A28 부록 A3.1
“기계진동학 제 4판”singiresu S. Rao 저, 133~290
“시사상식사전”, pmg 지식엔진연구소
“기계공학용어사전”, 기계공학사전편집위원회
[부 록]
1) 보존계와 비보존계(conservative & non conservative system)
역학적 에너지보존법칙이 성립하는 계를 가리킨다. 이 계 안에서는 물체 각각의 에너지는 변하더라도 계 전체의 총 역학적 에너지는 항상 일정하다. 그러나 외력이 작용할 경우 더 이상 보존계라고 볼 수 없으며, 역학적 에너지도 보존되지 않는다. 이때의 역학적 에너지가 보존되지 않는 계를 비보존계 라고 한다.
2) 질량(mass; ):
어떤 물체에 포함되어 있는 물질의 양. 진동계에서 질량은 운동에너지를 저장하는 역할을 하며, 관성력을 지닌다. 운동에너지와 관성력은 각각 절대 속도와 절대 가속도를 쓴다.
3) 질량관성모멘트(mass moment of inertia; ):
회전축을 중심으로 회전하는 물체가 계속해서 회전을 지속하려고 하는 성질의 크기를 나타낸 것이다. 외부에서 힘이 작용하지 않는다면 관성모멘트가 클수록 각속도가 작아지게 된다.
4) 극관성모멘트(polar moment of inertia; ):
비틂에 저항하는 성질을 나타낸 값이다. 돌림힘이 작용하는 물체의 비틀림을 계산하기 위해서 필요하다. 휨에 대한 저항을 나타낸 값인 단면 이차 모멘트(처짐을 계산하는 데 필요함)와 유사하다.
극관성모멘트의 값이 클수록, 같은 돌림힘이 재하 되었을 때 비틀림은 작아진다.
5) 단면 2차모멘트(area moment of inertia; ):
굽힘의 힘이 작용하였을 때, 소재가 변형에 저항하는 성질을 나타내는 것
6) 고유진동수(natural frequency; ):
계가 지니는 고유한 진동수를 뜻한다. 고체는 형태, 치수, 장력, 탄성, 밀도 등에 의하여, 액체는 고체로 둘러싸인 형태, 치수, 탄성, 밀도 등에 의하여 일정한 진동수(하나로 한정되지 않는다)를 가지며, 이것을 고유 진동수 또는 고유 주파수라고 한다
7) 점성 감쇠계(상)수(vicous damping coefficient; ):
감쇠 특성을 나타내는 계수. 일반적으로 속도에 비례하는 저항의 계수를 가리킨다. c 값의 대소에 따라서 질량 m의 운동은 무주기(無周期) 운동, 감쇠 진동 또는 단진동(單振動)이 된다.
9) 감쇠비(damping ratio;
임계 감쇠상수에 대한 감쇠상수의 비
10) 대수감소율(logarithmic decrement; ):
감폭 진동에 있어서 인접한 같은 방향 진동의 최대 진폭의 비의 자연대수를 말한다.
11) 임계속도(critical speed; ):
축의 회전속도가 축계의 고유진동수와 같아지며, 축이 이상한 진동을 일으킬 때의 축의 회전속도. 회전축과 회전체가 회전할 때 이것의 고유진동수와 축의 회전수 일치 또는 배수가 되면, 공전해서 축의 편차가 무한대가 되려고 하므로 진폭이 급증해서 위험한 상태가 될 때를 말함.
12) 공진현상(resonance):
특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상.즉 시스템의 고유진동수와 가진진동수가 일치할 때 나타나며, 진폭이 무한대로 발산하여 시스템이 파괴 될 수 있다.
13) 스프링상수(k):
용수철에 작용하는 힘과 길이변화의 비례관계를 표시하는 상수. 스프링상수 또는 탄성계수라고도 한다.
진동계에 있어서 스프링상수는 stiffness로써 계의 위치에너지를 저장하고 탄성력은 상대 변위에 비례한다.
14) 영률(E):
물체를 양쪽에서 잡아 늘일 때, 물체의 늘어나는 정도와 변형되는 정도를 나타내는 탄성률로 길이탄성률이라고도 한다.
15) 진동(vibration):
대상으로 하는 양이 하나의 기준값을 중심으로 해서 서로 증감이 반복되는 주기 운동을 말한다. 용수철에 무게를 가했을 때 생기는 단진동이 기본이 되는 진동으로, 이 변위를 종축으로 하고 시간을 횡축으로 해서 그래프화 하면 정현파형의 곡선이 된다. 물체가 진동하고 있는 상태는 크게 자유진동, 강제진동 2종류의 진동이 있다. 자유진동은 진동 초기에 변위 또는 운동이 외부로부터 주어지고, 그것에 의해 진동이 시작된다. 일반적으로는 진동 중에 에너지가 소멸되기 때문에, 그 진폭은 점차 감쇠해 간다. 이에 대해 강제진동에서는 항상 외력의 작용에 따라 진동이 계속된다.
16) 감쇠기(damper):
에너지를 소산시키는 방법에 의해 진동이나 충격 또는 소리의 진폭을 경감시키기 위해 사용하는 장치.
진동계에서 역시 에너지를 소산시키는 역할을 하며 힘의 크기는 움직이는 물체의 상대속도에 비례한다.
17) 기어(gear):
2개 또는 그 이상의 축 사이에 회전이나 동력을 전달하는 장치이다. 운동이나 동력을 전달하는 장치의 총칭으로 전동에는 직접 전동과 간접 전동이 있으며, 직접 전동에는 기어, 캠, 간접 전동에는 벨트나 체인 등이 사용된다.
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