본문내용
1. 금속선의 영률 측정
1.1. 실험 목적
금속막대의 중심에 추를 달아 휘어지게 한 후, 그 중심정의 강하를 마이크로미터로 측정하여 금속막대의 영률을 계산한다. 이를 통해 금속막대의 역학적 특성인 영률을 확인할 수 있다.
영률은 장력이나 압축력에 대한 변형률을 나타내는 상수로, 시료의 형태가 긴 막대이고 변형력이 항복점을 넘지 않으면 주어진 변형력에서 막대 전체나 어느 부분에서도 같은 변형력을 받는다. 영률은 가해진 변형력과 변형률의 비로 정의되며, 막대의 휨 변위 측정을 통해 계산할 수 있다.
실험에서는 구리, 철, 황동으로 만든 금속막대를 사용하여 Ewing 장치를 이용해 영률을 측정한다. 먼저 각 막대의 두께, 폭, 길이를 버니어캘리퍼스로 정확히 측정한다. 그 다음 금속막대 중심에 추를 단계적으로 올려놓으며 중심점 변위를 마이크로미터로 측정한다. 이때 추를 올리는 순서와 내리는 순서의 변위값을 각각 기록하여 평균을 내어 사용한다. 측정된 값들을 영률 계산식에 대입하여 각 금속막대의 영률을 구한다. 이를 통해 금속 재질에 따른 영률의 차이를 확인할 수 있다.
오차 요인으로는 금속막대 치수 측정, 추의 무게 측정, 마이크로미터 읽기 오차 등이 있다. 이러한 오차를 최소화하기 위해 각 측정값을 여러 번 반복하고 평균을 내어 사용하며, 마이크로미터 사용법을 숙지하는 등의 개선 방안을 고려할 수 있다. 또한 추의 무게를 정확히 측정하고 중력 가속도 값을 실험 장소의 실제 값으로 사용하면 오차를 줄일 수 있다.
이처럼 Ewing 장치를 활용한 금속막대의 영률 측정 실험은 금속의 역학적 특성을 이해하는 데 도움이 된다. 실험 과정에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하고 정확한 측정값을 확보하여 신뢰할 수 있는 결과를 얻는 것이 중요하다.
1.2. 실험 장치 및 이론
1.2.1. 영률의 정의
영률은 물체가 한 방향으로만 힘을 받을 때 나타나는 탄성을 표시하는 상수이다. 길이 방향으로 가해진 장력이나 압축력에 대한 물질의 변형률을 나타내며, 변형력을 변형률로 나눈 값이다. 따라서 영률은 물질이 길이 방향으로 가해진 변형력을 견디는 능력을 측정한 것이라고 할 수 있다. 장력이 가해진 금속 막대의 경우, 변형력과 변형률의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
1.2.2. 영률 측정 원리
영률은 길이방향의 장력이나 압축력을 받은 물질이 길이 변화에 견디는 능력을 측정한 것이다. 장력이 가해진 금속막대의 경우 변형력과 변형률은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 단면적 당 작용하는 힘(F/S)과 길이 변화율(...
