[기계공학실험] #2. 추의 무게에 의하여 작용하는 전단응력

목차

□ 실험목적

□ 실험용어
　　◎ 측정거리
　　◎ 보의 전단력

□ 실험이론
　1. 보의 전단력
　2. 보의 굽힘모멘트
　　◎ 전단력 실험에 적용되는 가정
　3. 실험 시 통제, 독립 및 종속변인
　　◎ 주어진 실험값
　　◎ 변화시킬 실험값
　　◎ 실험에서 구해야 할 측정값
　4. 추에 작용하는 이론전단력()
　　실험 1. 추의 측정거리가 전단력에 미치는 영향
　　실험 2. 추의 질량이 전단력에 미치는 영향
　　실험 3. 각각의 전단력과 합의 전단력의 일치여부
　　실험 4. CUT부분의 전단력이 0이 되도록 하는 서로 다른 추의 각각의 측정거리

□ 실험기구 및 장치

□ 실험방법

□ 실험결과
　 실험 1. 추의 측정거리가 전단력에 미치는 영향
　 실험 2. 추의 질량이 전단력에 미치는 영향
　　실험 3. 각각의 전단력과 합의 전단력의 일치여부
　　실험 4. CUT부분의 전단력이 0이 되도록 하는 서로 다른 추의 각각의 측정거리

□ 고찰
　1. 실험1, 2의 결과내용
　　◎ 추의 측정거리 및 무게가 전단력에 미치는 영향
　2. 실험 3, 4의 결과내용
　　◎ 각각의 전단력 및 전단력 합의 일치여부와 합력이 0인 지점
　3. 질의 및 응답
　　◎ 질의 사항
　4. 오차에 대한 고찰
　5. 최종결론

본문내용

500
4.9
0.20
(-)2.23
0.65
1.58
500
4.9
0.22
(-)2.45
0.74
1.71
500
4.9
0.24
(-)2.68
0.81
1.87
500
4.9
0.26
(-)2.90
0.89
2.01
실험 2. 추의 질량이 전단력에 미치는 영향
추의 질량[g]
추의 무게[N]
추의 측정거리[m]
이론 전단력[N]
측정 전단력[N]
오차[N]
100
0.98
0.2
(-)0.45
0.13
0.32
200
1.96
0.2
(-)0.89
0.29
0.60
300
2.94
0.2
(-)1.34
0.49
0.85
400
3.92
0.2
(-)1.78
0.57
1.21
500
4.90
0.2
(-)2.23
0.74
1.49
실험 3. 각각의 전단력과 합의 전단력의 일치여부
추의 질량[g]
추의 측정거리[m]
이론 전단력[N]
측정 전단력[N]
오차[N]
추1
추2
추1
추2
100
0.1
(-)0.22
0.08
0.14
500
0.2
(-)2.23
0.71
1.52
100
500
0.1
0.2
(-)2.45
0.77
1.68
실험 4. CUT부분의 전단력이 0이 되도록 하는 서로 다른 추의 각각의 측정거리
추의 질량[g]
추의 측정거리[m]
이론 전단력[N]
측정 전단력[N]
오차[N]
추1
추2
추1
추2
500
300
0.06
0.36
(-)0.13
0.06
0.19
500
300
0.04
0.36
0.09
(-)0.11
0.2
400
300
0.06
0.36
0.00
(-)0.05
0.05
□ 고찰
1. 실험1, 2의 결과내용
◎ 추의 측정거리 및 무게가 전단력에 미치는 영향
- 측정거리 : 측정거리가 증가함에 따라 전단력의 크기도 증가한다. 이론값에 근접하는 크기가 아니지만, 전단력
의 증가폭은 측정거리와 같은 비례관계이며, 측정거리가 증가하면 오차의 크기도 증가함을 알 수 있다.
- 추의 무게 : 추의 무게도 측정거리와 같이 무게가 증가함에 따라 전단력의 크기도 같이 증가함을 알 수 있다.
전단력의 크기는 이론값에 미치지는 못하나 증가폭 역시 측정거리와 같이 비례관계이다. 측정거리와 같이 추의
무게가 증가하면 오차의 크기도 늘어남을 알 수 있다.
2. 실험 3, 4의 결과내용
◎ 각각의 전단력 및 전단력 합의 일치여부와 합력이 0인 지점
- 일치여부 : 측정전단력을 비교한 결과 0.02N의 오차가 발생하는데 공기의 마찰 및 측정오차임을 알 수 있다.
- 합력이 0인 지점 : cut부분에서의 측정전단력이 0이 되는 지점은 왼쪽의 반력과 왼쪽에 매달린 추의 무게
의 합이 0이 되는 구간으로 실험에서 주어진 공식을 사용하면 구할 수 있다.
3. 질의 및 응답
◎ 질의 사항
Q1. 측정되는 전단력의 크기가 이론 전단력에 비해 차이가 나는 이유?
- 측정되는 전단력의 크기는 계산되는 전단력의 크기에 비해 많이 작다는 것을 알 수 있다. 그 이유는 cut부분
전단력 측정장치 사이에 마찰력이 작용하기 때문이다. 즉, 측정되는 전단력은 알짜전단력에서 전단되는 경
우 발생하는 마찰력을 제외한 값이라는 것이다. 또한 공기의 마찰, 측정오차 등 실생활 변수등이 있다.
Q2. 추의 무게 및 측정거리가 증가할 때 오차가 더 크게 발생하는 이유?
- 추의 무게가 증가하거나 측정거리가 증가할 경우, 전단력의 크기는 더 커진다. 전단력의 크기가 커질 경우,
전단력 측정장치 사이에 발생하는 마찰력 또한 커짐으로 오차는 더 커진다는 사실을 알 수 있다.
4. 오차에 대한 고찰
1) 마찰력의 발생으로 인한 오차
- 전단력 측정장치(보)의 cut 부분에서는 마찰력이 발생하게 된다. 이 마찰력의 크기는 이론적으로는 무시가 가능하지만,
실생활이나 실험에서는 무시할 수 없다. 그러므로 재료의 전단력을 측정하고자 할 경우에는 마찰력을 고려하여 설계를
하는 것이 바람직하다.
5. 최종결론
1) 계산으로 구해진 이론값과 실험을 통해 얻어진 측정값의 차이는 이론에서는 발생하지 않는 마찰력에 의하여 발생되
는 전단력임을 알게 되었다. 모든 실험에서는 오차가 발생하게 되는데, 그것은 이론에서 생각하지 못하는 변수들이 실
생활에서는 반영될 수 있다는 것을 의미한다.
2) 실험을 통하여 전단력 측정장치 사이에 마찰력으로 인하여 실제로 측정되는 전단력의 크기는 이론값보다 작다는 것을
알게 되었다. 보와 같은 재료의 설계시 이러한 측정장치와는 다르게 내부가 공기로부터 노출되지 않고 떨어져 있지 않
으므로 실험보다 큰 오차가 발생하지는 않겠지만 마찰력을 고려한 설계가 필요할 것이라는 것을 깨달았다.

키워드

기계공학실험,   전단력,   전단응력,   무게