스트레인 게이지 측정

본문내용

예상보다 좀 더 많이 나와서 오차도 또한 예상과는 다르게 크게 나왔다.)
② 10N일때,
실험값으로는 이란 결과가 나왔다.
이론값으로는
의 오차가 생기게 된다.
③ 15N일때,
실험값으로는 이란 결과가 나왔다.
이론값으로는
의 오차가 생기게 된다.
④ 미지의 추 일때,
이론값은 당연히 선형적으로 증가를 한다.
또한 실험값도 거의 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서 실험값을 비교해서 미지의 추의 질량을 측정할 수 있다.
선형적이므로 비례식을 통해 구해본다.
∴ 미지의 추의 질량은 약 7.7~7.8N
정도인 것을 추측할 수 있다.
(※미지의 추를 이론값에 비교하면 이론값과 실험값이 차이나는만큼의 오차가 미지의 추를 얻어내는 과정에서 발생되기 때문에 실험을 통해 찾아낸 결과값을 통해서 유추를 해야한다.)
- 엑셀(추세선)기능을 이용해서 실험값과 이론값을 시트에 나타내어 좌표를 통해 비교 할 수가 있다.
위에 보이는 바와 같이 이론값과 실험값은 어느 정도 15~20%사이의 오차가 발생하였다. 모두 질량이 커지면 변형률이 커지는데 기울기가 거의 직선이며 선형적이다. 따라서 질량이 작을 때는 오차의 범위가 작지면 질량이 커짐에 따라 사이 간격이 벌어지고 오차의 범위 또한 커지는 것을 확인할 수 있다. 처음 측정할 때 오차가 더 작았다면 오차는 더 작게 벌어졌을 것이고, 처음에 오차가 좀 더 크게 나왔다면 오차는 더 크게 벌어졌을 것이다.
위 선형적인 그래프를 통해서도 미지의 추의 질량을 유추해 낼 수가 있다. 단, 미지의 추의 변형률 값을 실험값에 대입을 해야지 이론값에 대입을 하면 안 된다. 이렇게 몇 번의 실험을 통해 미처 알지 못하는 질량의 다른 물체도 이런 식으로 선형적인 그래프를 가지므로 얼마든지 변형률을 측정하여 물체의 질량을 유추해 낼 수가 있다.
- 실험의 오차분석 및 실험에 대한 고찰
실험을 통해 측정한 실험값과 계산식에 의한 이론식과의 오차가 생기게 된 원인을 분석해 보고자 한다.
만약 실험에서 측정해야할 변수가 많다면 그만큼 측정하는 과정을 통해서 오차가 생기게 되고 그 횟수가 많다면 오차는 점점 커질 것이다. 또한 실험이 복잡한 과정을 거치고 실험 기간이 길어지면 더욱 오차가 발생하기 쉽다. 이번 실험역시 실험의 기간이 2주에 걸친 실험이었고 실험을 하면서 많은 변수와 환경적 영향으로 인해 오차가 생긴 것으로 가정된다. 아주 큰 오차가 발생된 것은 아니지만 필연적으로 생기게 되는 오차는 나타날 수 밖에 없다.
아마도 실수나 착오 없이 정확하게 컴퓨터를 이용해서 측정한 실험값이 수치를 대입해서 계산해 나온 이론값보다는 정확할 것이다. 가정해볼 수 있는 오차의 원인들 중 첫 번째는 이론식에 대입할 때 측정한 재료의 수치 측정과정에서 발생한 오차가 영향을 끼친 것이다. 정확한 길이 측정 도구인 버니어캘리퍼스를 사용 하였지만 육안으로 측정을 한 것이고 사람의 육안은 컴퓨터처럼 정확하지 않고 약간의 오차를 안고 있다. 또한 버니어캘리퍼스의 측정 한계의 유효숫자 자리가 있다. 우리는 유효숫자를 3자리로 하여 계산을 하였다. 원래부터 결과값이 작으므로 오차가 생긴 것으로 추정된다. 두 번째로 알루미늄의 고유의 성질은 재료의 탄성계수(E) 값 역시 오차에 영향을 끼친 것으로 추정된다. 이 값은 의 매우 큰 값을 갖는 수이고 매우 정확한 값으로 계산식에 대입을 하지 못했다. 이 역시 유효숫자3자리만을 지키며 대입을 시켰다. 탄성계수값은 어느 상황에서나 일정하지 않고 그 당시 상황이나 주변온도 재료의 상태 또한 영향을 주었던 것으로 생각해 볼 수 있다. 또한 스트레인 게이지를 부착하는 위치, 추를 달아놓는 위치의 작은 오차가 영향을 끼친 것으로 예상된다. 큰 오차를 발생시킬 요인은 아니지만 결과값으로 나온 변형률이 워낙 작은 값이기 때문에 조금만 기준점에서 벌어져도 오차가 생기게 되는 것이다. 마지막으로 측정값의 초기조건을 맞추고 영점조절을 할 때 큰 범위는 아니지만 작은 오차가 발생하게 된 것 같다.
결과적으로 이런 몇 가지의 상황과 변수들의 종합적인 영향으로 인해 오차가 발생하게 되는데 이런 원인분석도 중요하지만 이 못지않게 중요한 것이 오차를 예상하고 오차를 최대한으로 줄이는 것이다. 이렇게 오차를 줄이기 위해서는 오차가 발생될 부분을 예상하여 그에 대비하고 실수를 줄이며 상황적, 환경적 요인을 잘 파악하는 것이 중요하다. 또한 한 두 번 정도로 끝낼 수 있는 실험을 반복적으로 측정하여 오차를 줄일 수 있다. 이번 실험에서 오차를 줄이기 위해 다음번에 다시 실험을 하게 된다면 미세한 측정에서 오차를 최대한으로 줄이는 것이 중요할 것이다. 길이는 재는 과정에서 최대한 소수점을 잘 맞추고 스트레인 게이지를 부착하고 측정하는 과정에서 기준점에 잘 맞추고 마지막으로 최종적으로 측정하기 전에 작업할 조건들을 잘 맞춘다면 오차가 줄어들지 않을까 예상된다. 반복적으로 몇 번 더하게 되면 오차는 충분히 줄어들 것이다.
이번 실험을 통해 고체역학 교과목에서 배운 내용을 복잡한 실험은 아니었지만 이론적으로는 간단한 방법을 실제로 측정해봄으로써 귀로만 들었던 내용인 하중의 작용, 눈으로 변형의 차이를 확인 할 수 없는 것을 컴퓨터를 이용해 가시화 하여 확인한 작업이 매우 흥미로웠으며 현장에서 쓰이는 방법을 확인 할 수 있어서 유익하였다. 직접 실험을 하게 되면서 필연적으로 생기게 되는 오차들을 파악하고 분석하여 다음부터 오차를 줄이는 일이 중요하다는 것을 우리는 느낄 수 있었다. 하여 우리는 오차를 최대한 줄이고 필연적으로 생기게 되는 오차를 예측하고 판단하는 능력이 중요할 것이다. 하중이 작용되는 상황에서는 이런 오차가 안전사고에 매우 밀접한 관계를 갖고 매우 중요하기 때문에 안전성과 예외의 변수에 대비해 오차의 범위를 좀 더 늘리고 반복적 실험이 중요할 것 같다.
수업의 첫 실험이여서 스스로 많은 준비가 부족했고 실험 전반에 대한 이해가 부족했던 점이 아쉽게 느껴진다. 하지만 열심히 도와준 조원들과 조교분들의 도움으로 실험의 이해와 결과가 잘 이루어진 것 같다. 다음에 할 실험 또한 많은 준비를 통해 좋은 결과가 나올 수 있도록 많은 노력이 필요할 것 같다.

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스트레인 게이지,   축하중 변형,   변형률,   계측 및 신호처리