기계공학 실험 - 가속도 측정

소개글

기계공학 실험 - 가속도 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리 및 이론
• 가속도
• 진동에 관한 이론

3. 실험 장치

4. 실험 방법

5. 결 과

6. 고 찰

7. 결 론

본문내용

◈ 가속도
- 시간에 대한 속도의 비율.
- 경사진 평면을 따라서 공을 굴리면 공은 구르기 시작한 후 시간이 경과함에 따라서 속도가 증가한다. 이와 같이 시간에 따라서 속도가 변하는 율(率)을 가속도라고 한다. 시각 t와 t′사이에 속도가 v에서 v′로 변화했을 때의 평균 가속도 α=v′-v/t′-t가 된다. 시각 t에 있어서의 가속도는 CGS 단위계로서는 1초 간에 1㎝/sec의 속도가 변화하는 가속도를 취하며, 이를 1㎝/sec2으로 표시한다. 그리고 속도가 벡터이므로 가속도도 벡터로 표시한다.
- 일반적으로 단위시간 내의 속도의 변화량으로 나타낸다. 중력의 작용으로 낙하하는 물체는 매초 9.8m씩 속도가 증가하므로 중력에 의한 가속도는 매초 9.8m가 된다. 다만, 속도는 크기와 함께 방향을 가진 양, 바꾸어 말하면 벡터량 이므로 가속도도 필연적으로 크기와 방향을 가지며, 물체의 단위시간 내의 이동거리가 일정한 경우에도 운동의 방향이 시시각각으로 바뀌면 물체는 가속도를 갖는다. 그 전형적인 예가 원운동에 따른 구심가속도인데, 가속도를 이러한 성질을 가진 양(量)으로 생각할 때 운동 제2법칙이 성립한다. 가속도의 단위로는 거리를 시간으로 나눈 것, 즉 m/s2을 사용된다. 1m/s2은 1초 동안에 1m/s의 비율로 속도의 크기가 변하는 것을 뜻한다.
◈ 가속도 센서란?
가속도, 진동, 충격 등의 물리적인 힘을 감지하는 가속도 센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으며 미세진동 등의 감지에 필수적인 소자이며 활용분야 또한 넓다.
1. 기본원리
가속도센서의 기본원리는 그림 3(a)에서와 같이 진동질량 m이 센서 패키징안의 스프링에 의해 매달려 있는 구조로 모델링할 수 있다. 이 센서가 가속도 a에 의해 움직이게 되면, 관성력에 의해 진동 mass의 상대적 변위 x가 생기게 되고, 그것이 전기적 신호로 감지된다. 그 동작 방정식은 아래와 같이 주어진다.
여기서, k는 스프링 상수, Ջ는 매질의 viscosity에 의해 주어지는 damping 상수이다. 정상상태에서 변위 x와 가속도 a와의 관계는
이 된다. 이는 센서의 감도, 즉 x/a가 m/k에 비례한다는 것을 의미한다. 반면에, 같은 비율 m/k는 무감쇠 시스템의 공진주파수 fr와는 다음과 같은 관계가 있다.
식 (2)와 (3)을 비교해 보면 알 수 있듯이, 감도가 높으면 공진주파수가 낮아진다. 그림 3(b)는 공진주파수가 센서의 동작주파수 범위를 제한한다는 것을 보여 주고 있다. 따라서 감도 및 주파수는 서로 양립하는 특성을 나타내기 때문에 응용분야에 따라 적당한 절충선을 찾아 디자인을 해야 한다. 감쇠는 다음과 같이 센서의 주파수 응답을 조절한다. 즉, 그림 3과 같이 over-damping은 주파수 범위를 좁게 하고 under-damping은 peak를 만들게 된다. 일정한 주파수 응답과 공진에서의 파손의 위험을 제거하기 위해 요구되는 감쇠조건은

키워드

기계공학,   가속도 측정,   실험