CATIA를 이용하여 직접 제작한 미니카 모델링 자료입니다.차체, 휠, 타이어, 기어, 모터, 카울, 배터리 등으로총 22개의 부품으로 이루어져 있으며, Assembly 까지 되어 있는 자료입니다.wireframe은 물론 기본 part design을 이용하여 제작하였습니다.실제 모델을 기준으로 정확하게 측정하여 직접 작업하였습니다.
1. 제 목 : 탄동 진자2. 목 적 : 탄동 진자에 의하여 탄환의 속도를 구하고, 운동량보존 법칙의 성립을 확인한다.3. 이 론 : 질량 M인 탄동 진자에 속도 Vb, 질량 m인 탄환을 수평방향으로 쏘면, 충돌 전의 탄환의 운 동량은 충돌 후의 진자(질량 M+m)의 운동량과 같아진다. 즉, 충돌 전후에 운동량이 보존된 다.{{탄환이 박힌 진자가 속도 Vp를 얻어 흔들려 진자의 무게중심(탄환포함)의 높이 h가 최대가 되었을 때에는 그 운동 에너지는 완전히 위치 에너지로 변하게 될 것이므로{{또는{따라서여기서 h는 진자의 최고 높이로{여기서 R는 진자의 끝에서부터 탄환과 진자의 질량중심까지의 거리이다.즉 식(4)는 다음과 같이 정리된다.{{탄동 진자를 테이블의 가장자리에 고정하고 탄환을 수평으로 발사하여 땅에 떨어 지게 되는 사정거리로부터 탄환의 초기속도를 결정한다. 탄환이 발사되어 EKd에 떨 어질 때까지의 시간을 t라 하면 연직거리 H는{수평거리 D는{{이므로, t를 소거하면즉 D, H를 측정하여 Vb를 구하는 것이다.{4. 실험 기구탄동 진자종이와 먹지버어니어캘리퍼, 미터자연직추5. 실험 방법1) 탄동 진자를 테이블의 가장자리로 위치시키고 진자가 충분히 연직방향인가를 확인한다. 각도 지시침을 진 자와 접촉시켰을 때 지시침이 0을 가리키도록 한다.2) 발사체를 조절하여 진자의 긍과 발사체의 끝이 겨우 맞닫도록 조절한 후 조임나사를 조인다.3) 장전손잡이를 이용하여 발사체의 세기를 1단으로 조정한 후 탄환을 조심스레 발사체 안으로 넣는다.4) 진자와 발사체가 맞닫는가를 확인하고 각도 지시침을 0으로 조절한다.5) 방아쇠를 살짝 들어 올려 탄환을 발사 시키고, 진자의 최고 높이 각도를 읽어 기록한다.6) 이 과정을 5번 반복하여 기록하고, 발사체의 세기를 변화하면서 같은 방법으로 실험한다.7) 저울을 사용하여 실험에 사용한 탄환의 질량과 진자의 질량을 구한다.8) 탄환이 박힌 상태에서 진자의 끝에서 질량 중심까지의 거리R을 구한다.(질량중심까지의 거리ㅓ는 진자 추 가질량을 변화시킬 때 마다 변한다. 진자 고정나사를 풀어 자를 수평으로 놓은 다음 적당한 받침대를 사용 하여 질량 중심의 위치를 결정한다.){9) 이상의 실험 데이터로부터 식(6)을 이용하여 탄환의 초기속도 v진자를 계산한다.10) 진자 고정 나사를 풀어 진자를 제거하고 발사체를 1단으로 고정한 다음 그 위에 먹지를 놓는다. (먹지는 고정할 필요가 없다.)11) 탄환이 떨어진 지점을 중심으로 바닥에 종이를 깔고 테이프로 고정한 다음 그 위에 먹지를 놓는다.(먹지는 고정할 필요가 없다)12) 연직추를 이용하여 발사체의 탄환을 발사한다. 이 실험을 5번 반복한다.
1. 제 목 : 선팽창 계수 측정2. 목 적 : 금속에 열을 가하면 원자 진동의 평균진폭이 커져서 원자간의 평균 거리가 커진다. 이를 실험으로 알아보고 또한 선팽창 계수를 구하여 본다.3. 이 론대부분의 물체는 온도가 상승함에 따라 그 물체를 형성하고 있는 분자들의 열 운동에 의해 팽창을 한다. 따라서 금속 막대는 열을 받으면 그 길이가 늘어날 것이다. 여러 개의 금속 막대를 이용하여 열에 의한 선팽창 계수a의 값을 측정할 수 있다.어떤 금속 막대의 0℃의 길이를 L0라 하면, 온도에 따라 그 길이가 변하므로 t℃에서 이 막대의 길이 L은{으로 나타낼 수 있다. 여기서 a, b, g ,L 는 물질의 특성에 관계되는 매우 작은 값의 상수이다. 그러나 b이하의 항은 a에 비해 매우 작아서 측정하고자 하는 온도범위 내에서는 무시할 수 있다. 따라서 식(1)은{또는{이 된다. 이 a는 0℃와 t℃사이에서의 평균 선팽창계수로서, 고체의 경우 대개 10-5/℃ 정도의 값을 갖는다.그러나, 일일이 0℃일 때의 길이를 재는 것이 곤란하기 때문에, 임의의 두 온도 t1, t2 일 때의 길이 L1, L2를 측정하여 비교하면,{{가 된다. a2 이상의 항을 무시하면가 된다. 따라서 선팽창계수는 식은{으로 부터 구할 수 있다.* 추가 이론- 선팽창계수란?고체 열팽창에 따른 길이의 변화의 비율로 온도가 1℃ 변화할 때 재료의 단위길이당 길이의 변화이다. 이 값은 넓은 온도범위에서는 정수가 아니므로 온도에 따라 측정된 값 중에서 필요로 하는 좁은 온도범위에 대 해 이 값을 직선으로 간주하고 평균선팽창계수를 구하여 사용한다.즉, ΔL / L = α·ΔT위 식에서 비례상수 α를 선팽창계수라 부르는데, 그 값은 대부분 금속의 경우 10-5/℃이다.- 선팽창계수를 이용한 예· 바이메탈은 선팽창 계수가 서로 다른 금속을 붙여서 온도에 따라 휘어질 수 있도록 만든 것이다.이 성질을 이용해서 커피포트나(온도가 높아지면 자동으로 꺼짐) 형광등의 점등관, 누전차단기의 과전류 차 단, 서모스탯 등에 이용하고 있다..· 다리나 철로가 온도에 따라 길이가 변하기 때문에 약간의 틈을 두어야 하고. 콘크리트로 길을 만들 때, 중 간에 나무를 넣거나 일부러 틈을 줘서 여름에 늘어나도 길이 망가지지 않도록 하는 것. 콘크리트 건물에 철 근을 넣는 것. (철근하고 콘크리트하고 열 팽창 계수가 비슷하기 떠문에).· 전구를 보면, 유리구 안으로 가는 도선중에서 유리에 맞닿는 부분은 유리와 열 팽창 계수가 비슷한 니켈로 도선을 만든다.· 기타 전자제품의 소재를 선택할 때도 선팽창계수가 아주 중요한 항목이다.{금 속선팽창계수알루미늄2.4×10-5K-1철1.2×10-5K-1구리1.6×10-5K-1금1.4×10-5K-1은1.9×10-5K-14. 실험 기구- 선 팽창 계수 측정 장치- 증기 발생기·비이커·금속 막대(철, 구리, 알루미늄)다이알 게이지고무관디지털 온도계(CAT.25)5. 실험 방법1 다음과 같이 장치를 설치하여라{2 금속막대의 길이를 잰 후 선 팽창 계수 측정 장치에 설치한다.3 다이알 게이지와 실 y가 잘 닿았는지 확인하고 다이알 게이지의 영점을 조절 하도록 하여라.4 수증기 발생기에 물을 2/3 정도 채운 후 선 팽창 계수 측정장치와 고무관으로 연결한다.5 금속 시료에 디지털 온도계를 장치한다.6 가열된 수증기가 나오는 위치에 고무관을 연결하여 비커로 받쳐 놓는다.7 수증기 발생기를 가열하기 전의 온도 t1과 마이크로미터의 눈금 a1을 읽는다.8 가열기를 작동하여 100℃정도로 가열한다. 그 때의 온도 t2와 다이알 게이지의 눈금 a2을 정확히 읽어 평균 값을 얻는다.9 식 (5)을 이용하여 선팽창 계수를 계산한다.⑩ 실험장치를 식힌 후 다른 시료를 택하여 위의 과정을 되풀이하여 선팽창계수를 측정한다.※ 사용상 주의 사항● 고무관은 절대 접히지 않도록 주의한다. 고무관이 접혀 있을 경우 수증기가 막혀서 폭발할 가능성이 있으 므로 특히 주의하여야 한다.● 시료에 무리한 힘을 가하면 시료가 휘어질 우려가 있으므로 조심하도록 하여야 한다.● 실험 중에는 시료와 고무관이 뜨거우므로 조심하여 만지도록 한다.● 디지털 온도계가 음수의 값을 나타내거나, 값을 나타내지 않을 경우에는 센서 접촉불량이다.따라서 접촉 불량이 일어나지 않도록 주의하고 접촉 불량이 발생 시에는 조교에게 문의하여라● 사용후 시료와 고무관은 잘 말려서 보관해야 한다.(고무관의 상함 방지 및 시료의 녹방지를 위해)6. 실험 Data{αT1L1T2L211.01×10-524.075.0098.075.0620.83×10-598.075.0690.075.05531.33×10-590.075.05580.075.04541.33×10-580.075.04575.075.0451.06×10-575.075.0470.075.036{αT1L1T2L212.30×10-524.674.9097.074.91221.71×10-697.074.91289.274.91133.14×10-689.374.91185.974.910242.13×10-585.974.910280.974.909250.17×10-580.774.909277.674.9088{αT1L1T2L211.20×10-525.375.098.075.06620.57×10-598.075.06675.075.05631.33×10-575.075.05670.075.05141.60×10-570.075.05165.075.04551.33×10-565.075.04560.075.0407. 논 의- 증기를 이용하여 100℃부근까지 올린 후 천천히 온도가 떨어질 때까지 기다렸다. 온도의 떨어지는 구간을 체크한 후, 그에 따른 시료의 길이 측정을 하였다. 길이의 변화를 측정한 후에, 선팽창계수 α를 구해 보았다. 구해본 결과와 표의 값을 비교해 본 결과, 몇몇은 이론값과 비슷하게 나온 것도 있지만, 몇몇 결과는 오차를 많이 나타내었다.- 특히 100℃까지 올린 후, 첫 결과를 측정하는 부분에 있어 많은 오차를 발생시켰다.· 철 - 1.2×10-5K-1· 알루미늄 - 2.4×10-5K-1· 구리 - 1.6×10-5K-1- 철의 경우, 실험2를 제외하고는 1.01×10-5 ∼ 1.33×10-5 의 결과값을 얻어 적은 오차의 결과값을 얻었다.- 알루미늄의 경우, 실험1, 실험4를 제외하고는 매우 큰 오차의 결과값을 얻었다.- 구리의 경우, 실험2를 제외하고 1.20×10-5 ∼ 1.60×10-5 의 결과값을 얻어, 적은 오차의 결과값을 얻었다.※ 오차의 원인 추정실험을 행하는 과정에 있어서, 몇몇 부분이 매우 신경쓰였다.실험기구를 설치하는 과정 중에, 팽창계수 측정 기기의 바늘이 0에 있지 않고, 미세한 충격에 의해서 왔다갔다 하는 것을 확인할 수 있었다. 이 때문에 첫 실험을 행하는데 있어 적절한 측정을 놓쳤다.따라서 100℃까지 온도를 올리고 나서, 첫 측정을 하는데 오차가 매우 크게 발생하였다. 이후에도, 몇몇 부분에서 바늘이 쉽게 돌아가는 현상을 확인할 수 있었다. 이는 오차가 크게 발생하는 부분에서 발생하였다고 볼 수 있다.
7. 논 의 - 삼중고리의 질량, 회전 반경을 일정하게 유지한 후에 추의 질량을 바꿔가며 실험을 하였다. 실험 결과, 0.83%의 미세한 오차를 얻을 수 있었다. 하지만 구심력과 Fc의 결과값에는 적지 않은 오차가 생겼다. 이 또한, 미세한 전압차의 조절이 구심력의 영향을 크게 만들어 표시지침에 적정시키기가 매우 어려웠다. 표시지침에 맞추어 놓은 전압도, 시간이 흐르면 표시지침을 벗어나 오차를 형성하였다. 의문 사항 Q) Fc와 구심력 결과값 사이의 오차는 크지만. 삼중고리의 질량 측정 오차는 미세한 오차를 나타내었다 왜 그럴까? A) Fc와 구심력의 결과는 표시지침에 정확히 맞추기 어렵다는 점, 미세함의 부족으로 인해 오차가 발생 하였다. 그럼에도 불구하고 삼중고리 질량의 측정에는 아주 미세한 오차를 얻었다. 이는 기울기를 구한 다는 점에서 찾아볼 수 있다. 5회에 걸친 실험값에서 기울기를 구한다는 것은 무리가 있다. 대략적인 평 균 기울기를 찾아야하는데 매우 불확실하고, 구한 실험값의 그래프를 보면 알 수 있듯이 기울기가 일정 하지 않고 편차가 크다는 것을 확인할 수 있다. 위의 구한 기울기 값은 1회차 실험값과 5회차 실험값의 기울기를 나타낸 것으로, 기울기를 구하는 과정에서도 큰 오차를 형성했다고 볼 수 있다. 그렇게 구한 값이 삼중고리의 질량과 비슷하게 나온 것이다. 주의 사항 - 실험 과정에서, 추의 무게를 늘림에 따라 삼중고리의 위치가 변함을 확인할 수 있다. 따라서, 기본 축과 연결된 실의 길이를 조정해 가며 축, 삼중고리, 실이 수직이 되도록 맞추어야 한다.
* 예비 보고서 수정 part(8) 완전탄성 충돌 실험 이후, 비탄성 실험을 위해 찰흙을 꼽는 게 아니라, 두 글라이더가 충돌하면 붙어 움직일 수 있도록 장치를 추가하였다.(장착시, 질량 재측정) * 추가 이론 * 충돌의 종류 - 완전탄성충돌M`V + M`V` = MV` + M`V가 성립하며 질량이 같으면 속력 서로 바뀌게 된다.- 비탄성충돌M V + M`V` = ( M + M` ) V``이 성립하며, 두 물체가 충돌한 후에, 두 물체가 붙어서 운동하게 된다.·운동량(P) : 물체의 질량과 속력, 운동방향을 나타내므로 운동상태에 대해 알려준다. 여러 개의 물체로 이루어진 계의 운동량은 각각의 물체의 운동량의 벡터합으로 나타난다. 단위는 kg·m/s를 사용한다. ·운동에너지 : 물체가 운동할 때 지니는 에너지. 질량 m인 물체가 속도 v로 운동하고 있을 때는 mv2/2으로 표시된다. 운동상태가 바뀌어 속도가 감소하면 감소한 속도에 해당하는 만큼의 운동에너지가 열에너지나 소리에너지와 같은 다른 형태의 에너지로 바뀐다. 가령 운동하고 있는 물체가 마찰을 받아 정지할 때는 운동에너지가 마찰저항에 대한 일로 소비되어 열이나 소리 등 다른 에너지로 바뀐다.* 주의사항- 글라이더가 포토게이트를 지날 때, 글라이더의 순간 속력을 측정하게 된다. 이 때의 측정값은 글라이더의 이동방향 기준이 오른쪽으로 잡았을 때, 속도는(+)가 되고, 왼쪽으로의 이동 속도는 (-)값이 된다.
카티아(catia) 미니카 설계 자료
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