모멘트실험

소개글

모멘트실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 종류
3. 휨 모멘트의 기본 이론
4. 실험 장비 구성
5. 실험 방법
6. 실험 결과
7. 결론 및 고찰

본문내용

중 칸에 채워 넣어라.
100g. 200 g, 300 g, 400 g 그리고 500 g의 질량을 사용하여 동일한 실험을 반복한다.
실측하중을 다음 식을 이용하여 굽힘모멘트로 변환하라.
절단면에서의 굽힘모멘트 = 실측하중(N) , 여기서
실 험 2
하중이 재하된 점에서 떨어진 점의 모멘트
① 힌지점에서 일정거리 떨어진 위치에 그림 5, 6 및 7처럼 하중의 위치를 변화시킨다.
② 각각의 경우에 대하여 모멘트의 크기를 기록한다.
그림 7. 하중 배치도
6. 실험 결과
- 실험 1
질량(g)
재하하중(N)
실측하중(N)
실측 굽힘모멘트
(Nm)
이론 굽힘모멘트
(Nm)
상대오차(%)
0
0
0
0
0
0
100
0.98
0.9
0.1125
0.0935
16.8485
200
1.96
1.6
0.2
0.1870
6.4546
300
2.94
2.4
0.3
0.2806
6.4546
400
3.92
3.1
0.3875
0.3742
3.4370
500
4.9
3.9
0.4875
0.4677
4.0559
평균 상대오차 : 7.45%
이론값과 실측값의 그래프를 보면 정확하지는 않으나 비슷한 결과를 보이고 있다. 비슷한 양상으로 보아 우리가 사용한 방정식으로 정확한 보의 거동을 알 수 는 없지만 약간의 오차를 가지고 있는 근사값과 어떠한 양상을 보이는지는 충분히 예측할 수 있다.
- 실험 2
실험
번호
(N)
(N)
실측하중
(N)
실측 굽힘모멘트
(Nm)
(N)
(N)
이론 굽힘모멘트
(Nm)
상대오차
(%)
1
3.92
0
-1.5
-0.1875
5.167
-1.247
-0.175
6.870
2
1.96
3.92
3.9
0.4875
2.584
3.296
0.461
5.335
3
4.91
3.92
4
0.5
2.588
6.242
0.482
3.629
평균 상대오차 : 5.278%
실험 2-1
실험 2-2
실험 2-3
7. 결론 및 고찰
1) 본 실험장비의 측정원리에 대하여 논하라.
실험장비는 보의 모멘트 측정이 가능하도록 하기 위하여 모멘트를 측정하려고 하는 위치에 힌지를 설치하여 힌지에서의 모멘트를 0으로 만들었다. 따라서 가해진 모멘트에 의해 힌지에서 회전하려는 힘은 모멘트 측정 바를 통하여 로드셀의 압축력으로 바뀌어 장비에 설치된 센서에 의해 화면에 표시되게 된다. 표시된 압축력을 가지고 다음과 같은 식을 이용하면 모멘트를 구할 수 있다.
2) 모멘트의 정의와 이론에 대해 쓰시오.
모멘트란 능률(能率)이라고도 한다. 예를 들면 물체의 회전운동의 관성은 그 물체의 관성질량뿐만 아니라 회전축에 대한 물체 각부의 질량의 분포상태로 결정되므로 그 비율을 나타내는 데 관성모멘트라는 특별한 양을 정의한다. 또 물체에 작용하는 힘의 회전효과는 힘만이 아니라 회전축과 힘의 작용점과의 거리에도 의존하게 되므로 물체의 회전운동을 논할 때는 흔히 합력(合力)의 모멘트라는 양을 쓴다. 이것은 회전축에서 힘의 작용점에 그은 반지름벡터 r과 힘의 벡터 F의 외적(벡터곱)인［r×F］로 정의되는 벡터량이며 힘 F 대신 운동량벡터를 취한 것을 운동량의 모멘트 또는 각운동량이라고 한다. 이 밖에 자성체의 자화의 세기를 나타내는 자기모멘트, 유전체편극의 크기를 나타내는 전기쌍극자모멘트 등 이와 비슷한 물리량이 많다.
이 실험에서 사용하는 이론은 굽힘 모멘트로(Bending moment)써 보(beam)에 어떤 힘이 가해질 때 작용하는 보를 굽히려는 힘이다. 휨 모멘트라고도 하며 보에 하중이 가해지면 전단력 외에 보를 굽히려고 하는 힘도 작용한다. 이것을 굽힘 모멘트라고 한다. 임의의 단면에서의 굽힘 모멘트의 크기는 균형의 식으로부터 구할 수 있는데 이것을 그림으로 표시한 것이 굽힘 모멘트도이다. 굽힘 모멘트는 일반적으로는 보의 윗면이 凸로 굽히는 경우에는 플러스, 그 반대로 凹로 되는 경우에는 마이너스의 부호로 표시한다. 위 실험에서는 보가 걸려있는 힌지에서는 굽힘 모멘트가 0임을 이용하여 보의 각 부분의 모멘트를 알아볼 수 있다.
3) 이론값과 실험값의 차이에 대한 고찰.
모멘트 실험의 경우 실험기구의 센서에 문제가 있었다. 일정 하중을 주면 그에 따른 압축력을 그대로 표현해 주어야 하는데 표시된 수치가 멈추지 않고 계속해서 커졌다. 따라서 비교적 정확하다고 생각되는 하중을 준 순간에 표시된 수치를 측정하여 실험결과로 사용했기 때문에 이론값과 실험값 사이의 오차가 생겼다. 뿐만 아니라 추가 각각 100g 단위로 미리 준비되어 있었는데 측정해본 결과 추걸이의 무게가 약 10g 정도 되어서 원하는 하중보다 10g의 하중이 더 측정되었고 추가 산화되어 녹이 슬거나 찌그러지고 파손이 되는 등 상태가 좋지 않아서 정확한 무게를 나타내지 못할 수 있기 때문에 오차가 발생하였을 것이다. 또한 추를 보에 걸었을 때 완전히 멈추지 않고 약간씩 흔들릴 때 마다 표시된 하중이 달라졌고 보 자체의 분포하중을 배제하고 추의 무게만으로 하중을 측정했기 때문에 오차가 발생했을 것이다.
4) 우리 주변에 모멘트가 존재하는 구조물을 생각해 보고 모멘트가 구조물에 어떤 영향을 주는지 설명하시오.
우리 주변의 많은 구조물은 모멘트를 가지고 있다. 고체는 모두 전단력을 가질 수 있기 때문에 전단력을 받는 고체가 고정되어 있다면 그 고정점에 대해서 모멘트를 가지게 된다. 쉽게 볼 수 있는 강 위의 다리도 다리의 자체의 분포하중뿐만 아니라 그 위를 지나가는 차나 사람, 구조물 등에 의해 하중을 가지게 되고 이를 받치고 있는 교각이나 다리의 양 끝점에 대해서 모멘트가 발생하게 된다. 또한 건물을 지을 때 사용하는 H빔과 같은 건설자재들도 건물의 하중이 전단력이 되고 각각의 고정점에 대하여 모멘트를 가지게 된다. 이런 모멘트를 생각하지 않고 다리를 만들거나 건물을 짓게 되면 하중을 견디지 못하고 휘어져버리거나 균열이 발생하여 붕괴되는 등 문제가 발생할 수 있으므로 사전에 정확한 측정을 통해서 완성 후 얼마나 많은 모멘트가 건설자재에 발생하는지 확인하고 그에 따라 적당한 설계를 하여야 할 것이다. 또한 트러스 구조와 같이 휨 모멘트를 상쇄시켜 같은 양으로 더 큰 하중을 버틸 수 있는 재료들을 이용하면 구조물을 더욱 튼튼하게 만들 수 있을 것이다.

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