건국대 일반물리1 버니어캘리퍼 예비+결과레포트 A+

소개

모든 실험 만점 받았습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리
1) 길이의 측정
2) 불확도 해석 (평균, 표준편차, 표준 오차 식)
3) 불확도 전파 (합과 차의 경우, 곱/나눗셈의 경우, 일반적인 함수의 경우)
4) 중공원통의 부피 공식과 측정불확도 (중공원통의 부피와 측정불확도를 구하고 부피에 대해 신뢰구간과 신뢰도를 기술)

3. 실험 기구 및 장치
1) 버니어 캘리퍼(설명 있음)

4. 실험 방법

5. 실험 결과
1) 버니어캘리퍼로 잰 중공원통의 외경, 내경, 길이, 깊이 등의 4회 측정값과 오차막대
2) 중공원통의 부위별 평균 부피값과 합성불확도

6. 토의
1) 실험오차는 계통오차(systematic erro)와 우연오차(random error)로 분류된다. 각 오차에 대해서 설명하시오.
2) 실험 시 실험 결과에 대한 통계적 처리가 필요한 이유가 무엇인지 논리적으로 서술하시오.
3) 유효숫자의 사칙연산에 대해 자세히 설명하시오.

7. 참고 문헌

본문내용

2) 불확도 해석
불확도(measurement uncertainty)는 충분히 타당성 있는 이유에 의해 측정값에 영향을 미칠 수 있는 값들의 분포를 수치화한 지표이다. 만약, 측정값은 5이고 참값은 3이라고 하자. 이때, 오차는 2만큼이지만, 불확도는 측정값의 변동 범위로 ±0.1처럼 쓸 수 있다. 오차는 특정한 값이지만 불확도는 측정 과정에서 발생할 수 있는 여러 요인(예: 기기 마모, 환경 변화, 측정자의 숙련도 등)을 고려하여 측정값이 참값과의 어느 범위 내에 있을지를 수치적으로 나타내주며, 측정값의 신뢰도를 평가해주는 파라미터이다. 즉, 불확도는 측정 과정에서 발생할 수 있는 불확실성의 정도를 의미한다. 불확도에는 반복측정을 통해 통계적으로 평가되는 불확도, A형 불확도와 실험자의 경험, 장비 설명서에 쓰여있는 정밀도 등 문헌 정보로부터 평가되는 불확도, B형 불확도가 있다. A형 불확도는 평균, 표준 편차, 표준 오차를 이용하여 계산되고, B형 불확도는 정규 분포, 균일 분포, 삼각 분포 등을 기반으로 확률론적으로 추정된다. 불확도를 계산할 것이므로 그에 필요한 평균, 표준편차, 표준오차, 신뢰구간을 구하는 공식을 다음에 나타내었다.

<중 략>

1) 버니어캘리퍼(Vernier calliper)

버니어 캘리퍼는 길이, 외경, 내경, 단차, 깊이 등을 측정할 수 있어 기계 가공 현장에서 가장 많이 보급되고 있는 측정 공구 중 하나로, 기계, 금속 가공 등에서 사용된다. 주척, 부척, 깊이바, 고정나사 등으로 이루어져 있으며, 주척(main scale)과 부척(vernier scale)을 이용해 소수점 이하까지 정밀한 측정을 가능한다. 일반적인 자보다 훨씬 정밀하다.

몸통에 해당하는 주척의 최소눈금단위는 0.1mm로 일반적인 자와 비슷하게 읽으면 된다. 부척의 최소눈금단위는 0.05mm로 주척의 9눈금을 10등분하여 눈금을 만든 것이므로 부척의 한 눈금은 주척의 한 눈금보다 1/10만큼 짧도록 설계되어있다. 따라서 주척의 첫 번째 눈금과 버니어의 첫째 눈금을 일치시키면 버니어는 주척의 눈금의 1/10만큼 이동하게 된다. 이와 같은 원리로 버니어의 n번째 눈금이 주척 눈금과 일치하고 있으며, 주척의 n/10 눈금만큼 이동하게 된다. 주척을 잡고 부척을 움직이면 깊이바도 함께 움직이는데 이를 이용하여 깊이를 잴 수 있으며 외측용 죠와 내측용 죠를 통해 중공원통의 길이, 외경, 내경을 잴 수 있다. 외측용 죠 사이에 중공원통체의 축 방향에 대해 버니어캘리퍼가 직각이 되도록 죠 부분을 접촉한뒤 버니어 캘리퍼스의 눈금 표시 방향에 수직으로 판독한다. 수직이 아닐시에 어미자(주척)와 아들자(부척, 버니어) 면의 높이 단차로 인해 시차가 생겨 오차가 발생할 수 있다. 내측용 죠를 구멍의 지름에 해당하도록 위치한 뒤 외측 측정과 마찬가지로 축 방향에 대해 버니어캘리퍼가 직각이 되도록 죠 부분을 접촉한 뒤 버니어 캘리퍼의 눈금 표시 방향에 수직으로 판독한다. 부척을 정확하게 읽는 방법은 다음과 같다.

참고자료

· 건국대학교 물리학과, 일반물리학실험 개정판, 북스힐, 2020, p.27~36, p.331~348
· Raymond A. S., John W. J., 대학물리학 11E 개정, 북스힐, 2024, p.6~12
· 강기환, <PV모듈 발전성능의 계측오차 및 측정불확도에 관한 연구>, 건국대학교 대학원, 2009, p.46~56