마이켈슨 간섭계와 전자석을 이용하여 정지마찰력이 작용하는 물체의 미소변형분석 (A Measurement of the Microscopic Changes of the Body under Static Friction Applied by a Michelson Interferometer and an Electromagnet)

서지정보

· 발행기관 : 한국현장과학교육학회
· 수록지 정보 : 현장과학교육 / 14권 / 1호 / 88 ~ 94페이지
· 저자명 : 노재준, 김중복

초록

정지한 물체에 최대정지마찰력보다 작은 힘이 가해질 때 물체는 움직이지 않는다고 알려져 있다. 이 연구에서는 마이켈슨 간섭계를 이용하여 정지한 물체에 외력이 작용할 때 미소변형을 측정하였다. 물체에 마이켈슨 간섭계 용 거울 하나를 부착하고, 전자석을 이용하여 서서히 증가하는 힘을 작용하였더니 최대정지마찰력보다 작은 힘이 작용하는 구간에서도 간섭무늬가 변화하였다. 전자석의 제어와 간섭무늬변화를 측정하는 광센서, 힘의 크기를 측정하는 힘센서는 MBL(Microcomputer Based Laboratory) 장비로 동시에 작동하도록 구성하였다. 딱딱한 재질의 물체(아크릴)과 부드러운 재질(코르크)로 만들어진 물체를 대상으로 실험한 결과, 아크릴의 정지마찰계수는 이고, 코르크의 정지마찰계수는 로 측정되었다. 물체들이 미끄러지기 전에 마이켈슨 간섭계의 무늬변화를 일으킬 정도로 미소변형이 측정되었는데, 재질을 달리하였을 때 재질에 관계없이 힘의 크기가 작은 영역에서는 미소변형이 힘에 비례하는 결과를 보여 주었지만, 힘이 커질수록 아크릴의 경우에는 계속 비례하였지만 코르크의 경우에는 비선형적으로 변화하는 영역이 존재하다가 미끄러졌다. 이는 변형이 잘 되는 재질의 특성과 연관이 있다.

영어초록

It is known that a stationary object does not move when it is subjected to the force less than the maximum stopping force. In this study, a Michelson interferometer was used to measure the microscopic changes when the external force was applied to the stationary object. Upon installing one of the mirrors of the Michelson interferometer on an object and gradually increasing the force using an electromagnet, the interference patterns were changed even for forces smaller than the maximum stopping friction. The electromagnet control, the photosensor for measuring interference pattern changes and the force sensor for measuring applied forces are configured to operate simultaneously as Microcomputer Based Laboratory (MBL) equipment. Microscopic changes have been measured to the extent that they cause a pattern change in the Michelson interferometer. The result of this experiments showed that the static coefficient of hard acrylic material is , and that of soft cork material is . In the static condition, the acryl complied linearly to all strength of the applied force. The compliance of the cork, however, became non-linear when the force was increased beyond the middle range before the cork moved.

참고자료

· 없음