정역학 실험

소개글

정역학 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험명 : 정역학 실험 (Statics Experimentation)

2. 정역학 실험 관련이론

3. 실험 방법

4. 실험 결과 및 고찰

5. 결론 (실험 소감)

6. 참고문헌

본문내용

도르래 3개 : 힘의 방향을 바꾸는 역할
° 무게 추 5N 4개 두쌍 : 실험에 따라 힘을 조절 할 수 있다.
° steel 봉 고정개 4쌍 : 시험기의 중간부분에 고정도르래나 봉을 달 수 있다.
° 길이가 다른 steel 봉 3개
<그림 7>
3.2 실험방법
1) 먼저 어떤 모양의 실험을 할 것인지 종이에 자유물체도를 그려본다.
2) 자유물체도를 바탕으로 뉴턴 측정기를 원하는 위치에 달고 steel봉을 끼운다.
3) 도르래를 달 때에도 마찬가지로 고정부분에 끼움대를 가져다 고정 시킨 후 고정도르래를 달고 움직도르래를 단다.
4) 추를 달거나 동력계를 연결할 때, 레버가 한쪽 방향으로 돌지 않도록 지렛목을 손으로
잡는다.
5) 설계도에 맞게 모두 세팅한 후 다시 한 번 설계도의 치수와 맞는지 확인하여 수정할 부 분이 있으면 고친다.
6) 뉴턴 측정기의 바늘을 0N에 맞춘다.
7) 추를 매단다. 각 추는 5N으로 총 20N까지 매달 수 있다.
8) 줄의 변화에 따라 길이를 측정한다. 하중이 가해지면서 도르래 구간마다 줄의 길이가 변 하므로 길이를 측정한다.
9) 결과 값을 종이에 기록한다.
10) 다른 설계에 따라 실험을 반복한 후 기록한다.
4. 실험 결과 및 고찰
4.1 실험 내용
① 단순 지지 보에서의 반력 구하기
<그림 8>
② 움직도르래와 고정도르래가 달린 실험에서 반력 구하기
<그림 9>
<그림 10>
ⅰ) 움직도르래
<그림 11>
ⅱ) 고정도르래
<그림 12>
고정도르래는 힘은 같고 방향만 바꾸어 주므로 T = 10N
③ C점을 기준으로 양쪽에 하중을 가하는 보에서 반력 구하기
<그림 13>
<그림 14>
4.2 실험 결과
① 단순 지지 보에서의 반력 구하기
<그림 15>
② 움직도르래와 고정도르래가 달린 실험에서 반력 구하기
<그림 16>
실험 결과 위쪽의 측정기에서는 9.5N, 아래쪽의 측정기에서는 8.5N이 나왔다.
③ C점을 기준으로 양쪽에 하중을 가하는 보에서 반력 구하기
<그림 17>
측정기에서의 반력은 9N이 나왔다.
4.3 고찰
- 이번 정역학 실험은 단순지지 보, 도르래, 모멘트 등 1,2,3학년 때 배운 내용을 바탕으로 반력을 구하는 실험이었다. 각 실험의 데이터와 이론값을 정리하면 다음과 같다.
① 단순지지 보에서의 반력 구하기
실측값
이론값
2.5N
3.333N
31N
31.667N
<표 1>
단순지지 보에서의 반력으로서 에서는 실험한 값과 이론값이 거의 일치하지만 에서는 이론값과 실측값의 오차가 0.833N으로 제법 차이가 난다. 이렇게 에서는 값이 잘 맞지만 에서는 값이 잘 맞지 않는 이유는 실험 시 실험자의 부주의로 뉴턴 측정기의 바늘을 0N으로 잘 맞추지 않았을 수도 있지만 좀 더 직접적인 이유는 뉴턴 측정기의 이상으로 보인다. 실험자가 실험을 할 때에 뉴턴 측정기에 직접 10N짜리 무게 추를 달아보았는데 2개의 측정기중 하나는 제대로 10N의 바늘을 가르켰지만 다른 하나는 8~9N을 가르켰다. 이상해서 다시 해보았는데 두 개다 추의 무게만큼 측정값이 나오지 않았다. 이렇게 측정기의 노후로 값이 변하는 것이 의 실측값과 이론값의 오차가 나는 직접적인 원인으로 본다.
② 움직도르래와 고정도르래가 달린 실험에서 반력 구하기
실측값
이론값
9.5N
10N
8.5N
10N
<표 2>
이번 실험 역시 의 값은 거의 근사하게 나오고 의 값은 약간의 오차가 생긴 것을 알 수 있다. 움직도르래는 힘을 반으로 줄여주는 역할을 하여 20N의 하중을 가했을 때 힘이 양분되어 값이 나온다. 이번 역시 측정기의 노후로 인해 오차가 일어났겠지만 에서의 반력을 구할 때 고정도르래와 아래쪽 측정기 사이의 줄의 평행이 제대로 이루어 지지 않아서 힘이 분산되었을 가능성도 꽤 크다고 본다. 시험기를 세팅하면서 고정도르래와 측정기를 연결한 줄을 좀처럼 수직으로 할 수 없었다. 도르래를 다는 고정부가 시험기 끝단에서는 제대로 고정을 시킬 수 없어서 줄이 수직으로 되지 않았다.
③ C점을 기준으로 양쪽에 하중을 가하는 보에서 반력 구하기
이론값은 10N인데 반해 실측값은 9N으로 나왔다. 제법 정확하게 실험 결과가 나왔지만 한 가지 아쉬운 것은 C점에서 보를 지지할 때 헐거워서 제대로 고정이 되지 않아서 손으로 잡고 실험을 해야 했다. 이 외에도 줄이 측정기와 보 사이에 수직으로 팽팽하게 연결되지 않은 점 등이 약간의 오차를 낳은 원인으로 보인다.
5. 결론 (실험 소감)
- 이번 실험의 목적은 실험을 통하여 여러 힘이 작용하는 레버의 평형, 고정도르래와 움직일 수 있는 도르래의 힘의 분력을 이해하는 실험이다. 지금까지 이론을 통해 배운 내용을 바탕으로 한 실험들이라 계산이랑 실험도 비교적 쉬운 편이었다. 실험의 목적에 따라 한쪽 실험에 치우치려고 하지 않고 3가지 실험을 골고루 하려고 노력하였다. 단순지지 보, 도르래 등을 이용하여 처음에 실험계획을 세우고 실험에 임했다. 언제나 그렇듯이 실험을 하다보면 예상하지 못한 미세한 오차들이 생기게 마련이다. 앞에서 설명한 줄이 평형으로 연결되지 않았다거나 고정이 잘 되지 않아 헐거워서 생기는 미세한 오차들이 결과적으로 실험에 큰 오차로 가져올 수 있다는 사실을 인식시켜주었다. 두 번째 실험에서 도르래에 관한 실험을 할 때 줄의 길이 변화도 반력에 영향을 주는 줄 알고 열심히 측정했는데 결과적으로 아무것도 쓰이지 않아서 아쉽기도 하면서도 장력은 줄의 길이에 영향을 주지 않는다는 사실을
잊고 있었던 사실이 부끄럽기도 했다. 이번 실험 보고서를 쓰는데 어려웠던 점이 또 한 가지가 있는데 그것은 각 실험기구의 명칭을 제대로 알지 못했다는 것이었다. 인터넷을 찾아보고 같이 실험하는 형들께 물어보아도 명확한 실험기의 명칭을 알지 못했다. 그래서 그것을 바탕으로 보고서를 쓰는데 가능한 아는 말로만 쓰려고 말을 다듬는 것이 어려웠던 것 같다. 새로운 시험기와 직접적인 이론 적용을 할 수 있었던 좋은 기회였던 것 같다.
6. 참고문헌
1. 응력해석실험 교재
2. 이주성, 이영신, 이종길, 양박달치, 장준호, 류봉조 공역. 2004, “핵심재료역학”, 인터비젼
3. 박철희, 2004, “재료역학 문제 및 해설”, 삼성북스

키워드

정역학,   모멘트,   물리학,   실험 보고서,   실험보고서,   역학실험,   자유물체도,   실험