[A+] 마찰계수측정 예비 보고서

소개글

[A+] 마찰계수측정 예비 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1) 개요 및 목적
2) 실험장치
3) 실험방법
4) 데이터 정리 및 계산

본문내용

[그림 3.2.8]
5) 데이터 정리 및 계산
(1) 수평면에서 마찰계수 측정
Spark Vue에서 실험데이터 파일은 CSV 형식으로 전송이 된다. 이 파일을 엑셀에서 열며 그림 3.2.9와 같이 보인다. 여기서 A, D, G, J 등 열이 ###로 나타나는 것은 셀 폭이 표시하려는 데이터보다 작아 서고, 첫번째 행에 ?로 글씨가 깨진 것은 Unicode 문제로 각 열 제목은 수정해서 넣는다. 실험을 기록한 날짜 시간이므로 이 부분은 데이터 분석에는 필요 없다. 먼저 파일을 엑셀 통합문서로 저장 후 사용한다.
[그림3.2.9]
1.측정값 0점 보정(힘 센서에 0점 버튼이 없는 경우)
엑셀 파일을 보면 B.C열은 처음 0점을 읽은 데이터이고, E.F 열은 첫번째 실험한 자료, H. I열은 두번째 실험, 이런 순으로 기록되어 있다.
통합문서로 저장하고 첫 행의 이름을 넣고 B.C 열을 선택해서 그래프를 그리자.
B라고 쓰여 있는 부분을 마우스로 선택하고 키보드 Ctrl을 누른 상태에서 C열을 마우스로 누르면 B와 C 열이 선택된다.
여기서 메뉴 - 삽입 차트 - 분산형을 순서대로 선택하면 그래프가 나타난다
[그림 3.2.10]
데이터를 보면 - 0.775164와 중간마다 - 0.80414로 된 값이 보인다. 이 경우는 - 0.80414는 잡음에 해당하므로 영점데이터를 구간 평균을 구하면 안 되고 -0.7754164를 써야 한다.
이제 측정 데이터 즉 F, I 등 열의 값에서 0전에 해당하는 - 0.7754164 값을 더한다. 엑셀에는 자릿수 때문에 0.77542로 보인다. F2 셀을 선택하면 정확한 셀 값을 알 수 있다. 그래프가 더는 필요 없으면 그래프를 선택하고 키보드 Del을 눌러 삭제한다.
2. 최대 정지 마찰력과 최대 정지 마찰 계수
. F열과 G열 사이에 새 열을 넣어서 0점이 보정된 값을 기록하자.
G열에 맨 위 G라고 쓴 부분을 마우스 오른쪽 버튼을 누르면 메뉴가 나타난
다. 여기서 삽입을 선택하면 새로운 G 열이 생기고 이전에 G열에 있던 것은 F열로 모두 한 열 씩 오른쪽으로 이동한다. [그림 3.2.11]
셀 F2에 있는 마찰력 측정값을 영점을 보정해서 셀 G2에 (G1은 제목이므로) 넣자. 셀 G2에 다음 식 (+F2 -0.77542)을 넣는다. 그리고 이 식을 G열에 모두 복사한다. 즉, 셀 G2를 마우스로 선택하면 셀 오른쪽 아래에 작은 네모가 보이고 이곳을 마우스 왼쪽 버튼으로 잡고 누른 상태로 아래로 드래그해서 높으면 드래그 한 곳까지 식이 복사되어 값이 계산된다. 이렇게 F 열의 모든 값을 G열에 보정 후 넣는다. (그림 3.2.12) [그림 3.2.11]
보정된 데이터로 그래프를 그리기 위해 시간 E 열과 마찰력 G 열을 선택한 후 삽입 - 차트 - 분산형을 순서대로 선택하면 시간에 따른 마찰력 변화 그래프가 나타난다. (그림 3.2.13)
이 그래프를 보면 마찰력이 최대가 되는 지점이 11초 근처에 있으므로 11초 근처에서 최대값을 찾으면 10.7초에서 - 2.06778 N임을 알 수 있다. 이때 부호는 힘의 방향이므로 최대 정지 마찰력은 2.06778 N이다
최대 정지 마찰계수는 마찰력의 정의식으로 부터 최대 정지 마찰력을 마찰면에의 수직 항력 크기인 물체의 무게로 나누어 그 결과를 표 3.2.1에 기록한다(질량 550 g)
3. 운동 마찰력
그림 3,2.13에서 그래프를 보면 힘을 가하면 가한 힘에 따라 마찰력이 증가하다가 12초 근처에서 급격히 떨어져서 12초에서 13초 사이에서 일정한 크기로 유지됨을 볼 수 있다. 따라서 12초에서 13초 사이에서 일정한 크기로 유지된 마찰력이 운동 마찰력이 된다. 이 값을 알기 위해서는 12초와 13초 사이의 마찰력을 찾아서 평균을 구하면 된다.
먼저 그 구간의 그래프를 그려보면 정확히 12.75초와 13.3초 사이에 운동 마찰력이 작용했고 운동 마찰력은 평균을 통해서 구한다. (그림 3.2.14)
이 시간 구간에서 운동 마찰력의 평균값을 구하기 위해 엑셀의 아무 셀에나 (여기서 그래프 바로 위 L218 셀에 넣자) 셀 구간 평균을 구하는 식= AVERAGE(G218: G245) 넣으면 셀 값들의 평균값 - 1.45339 N을 얻는다. 여기서도 부는 마찰력의 방향이므로 요동 마찰력은 1.4539 N이다. 마찬가지로 운동 마찰계수는 운동 마찰력을 물체의 무게로 나누면 구할 수 있고 그 결과를 표3.2.1에 기록한다. (질량 550 g)
칼은 방법으로 나머지 4세트의 최대 정지 마찰력과 운동 마찰력 실험결과를 분석해서 그 결과값과 평균값을 표 3.2.1에 기록한다.
(2) 경사면에서 끌어 올리면서 마찰계수 측정
정사면에서 측정한 데이터도 수평면과 같은 방법으로 분석을 한다. 협 센서를 보정하기 위해 영점데이터를 측정해서 0.8041356N을 연고, 이 값으로 측정값을 보정해서 보정된 데이터를 얻는다.
시간에 따른 마찰력 변화를 그래프로 만들면 그림 3.2.15와 같은 결과를 얻는다. 그림 3,2.15에서 최대 청지 마찰력은 6초 근처에 있으므로 정확한 값을 데이터에서 찾으면 3,24526 N을 얻는다.
운동 마찰력을 구하기 위해 6.5초에서 7.5초 구간의 힘을 그래프로 나타내면 그림3,2.16과 같고 이 시간 구간 마찰력의 평균값을 구하면 2.79881 N을 얻는다. 이 값이 운동 마찰력이다.
[그림 3.2.15]
[그림 3.2.16]
경사면에서 끌어 올리는 경우이므로 다음 식을 이용해서 마찰계수를 구한다.
이때 물체의 질량은 550 g이고, 경사각은 15도이다. 이 계산 결과와 평균값을 표3.2.2에 기록한다. 같은 방법으로 나머지 4세트의 경사면에서 최대 정지 마찰력과 운동 마찰력 실험결과를 분석해서 그 결과를 기록한다.
(3) 경사면에서 미끄러져 내려갈 때 마찰계수 측정
수평 상태에서 물체를 농고 경사각을 증가시키면서 물체가 미끄러질 때 측정한 각도와 평균 그리고 계산 결과를 기록한다.
\\ 미끄러질 때 최대정지 마찰계수에서 편차는 측정한 미끄러진 각에서 계산한 마찰계수 - 마찰계수 평균값으로 계산해서 기록을 한다.
참고문헌: 일반물리학 실험(김원태, 장편우, 염태호, 염효영 공저)

키워드

마찰계수측정,   예비 보고서,   마찰력,   마찰계수,   마찰계수 측정장치