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관성모멘트

1.실험 목적회전축에 대한 물체의 관성모멘트를 실험적으로 측정하고 이론적인 값과 비교하여 관성모멘트를 이해한다.2.원 리그림 1에서 추걸이 위에 추를 올려놓았을 때, 질량이 m인 물체(추걸이 + 추)에 작용하는 힘에 의한 운동방정식은 다음과 같다.mg - T = m a (1)여기서 T는 실의 장력이고 a는 질량 m의 가속도이다. 그리고 회전축을 돌리는데 대한 운동방정식은 다음과 같다Iα = rT (2)여기서 는 관성모우멘트, 는 각가속도, 은 실이 감긴 회전축의 반지름이다.(1)식과 (2)식 그리고 α = a/r을 이용하여 T를 소거하면 가속도는 다음과 같다.a = {mg } over {( {I} over {r2 }+m) }(3)또 물체가 가속도 a로 낙하할 때, t초동안 낙하한 거리 h는 초속도를 0으로 잡는다면,h = at2/2 (4)이다.식 (3),(4)를 이용하면 관성모멘트 I는 다음과 같다.I = mr2( {g } over {2h } -1)(5)식 (5)에서 구한 I는 관성모멘트이며, 물체가 어떤 축을 중심으로 회전할 때의 관성모멘트 I에 대한 이론적인 식은 로 주어진다. 이 식을 사용하여 아래 그림에 주어진 물체의 관성모멘트를 구해보면 다음과 같다.그림 2와 같은 고리(Ring)의 관성모멘트는(6)이다. 여기서 R1은 고리의 내경이며, R2는 고리의 외경이고 M은 고리의 질량이다. 그림 3과 같은 원반(Disk)의 관성모우멘트는(7)이다. 여기서 M은 원반의 질량이며, R은 원반의 반지름이다3. 기구 및 장치초시계, 실, 고리(Ring), 회전원반(Disk), A자형 지지대, 추와 추걸이 set, 도르레, 버니어 캘리퍼, 수준기, 저울 등4. 실험방법(1) 그림 1과 같이 장치하고 수준기를 사용하여 장치의 회전원반이 수평이 되도록 지지대 받침판의 나사를 조절한다.(2) 실이 감긴 회전축의 직경(2r)을 버니어 캘리퍼로 측정한다.(10회)(3) 회전원반을 들어내고 추걸이와 추의 질량을 저울을 사용하여 측정한 후, 추걸이 에 질량 m 인 추를 올려놓고 줄을 회전축에 고르게 감아서 추를 임의의 기준 점에서 정지시킨 후, 초시계를 누름과 동시에 추를 낙하시켜 낙하거리가 h(실험 자가 적당하게 정함)인 지점까지 떨어진 시간(t1)을 측정한 다.(4) 회전원반을 올려놓고 (3)번 과정과 같이 떨어진 시간(t2)을 측정한다.(5) 회전원반 위에 고리를 올려놓고 (3)번 과정과 같이 떨어진 시간(t3)을 측정한다.이때 고리의 중심이 회전축의 중심과 일치하도록 올려놓아야 한다.(그림 4)(6) (3)번 실험값을 이용하여 회전축의 관성모우멘트()를 계 산한다. 여기서, m은 추와 추걸이를 더한 질량이며, m과 t1의 평균값을 식에 넣어 I0를 구한다. (회전축의 관성모멘트는 이론값을 구하기 어렵다)(7) 과정 (4)의 실험값과 I0를 이용하여 회전원반의 관성모멘트를 계산한다.(8) 과정 (5)의 실험값과 I0, Id 를 이용하여 고리의 관성모우멘트를 계산한다.(9) 고리의 이론적인 관성모멘트의 값()을 알기위해 고리의 질량(MR)과 고리의 내경(R1), 외경(R2)을 측정한 후, 그 평균한 값을 식에 넣어 이론값을 정한다.(10) 회전원판의 이론적인 관성모멘트의 값()을 알기위해 원판의 질량과 회전원판의 반지름을 측정 한 후, 그 평균값을 식에 넣어 이론값을 정한다.(11) 실험으로 얻어진 결과와 (9),(10) 과정에서 얻은 이론값과 비교한다.회전축의 관성모멘트는 이론값을 구하기 어려우므로 실험값으로 정한다.5.실험결과1회2회3회4회5회평균예비실험추와 추걸이 질량(m g)105g회전축의 반지름(R㎝)1.1높 이(H㎝)3838.638.43937.938.4낙 하 시 간(t)2.472.372.572.302.402.42환산관성모멘트(g*cm²)I0 = mR ²((gt²/2H) - 1)98*************1793349367질량배치m₁= 200g, m₂= 99g , m₃= 99g , m₄= 200gr ₁= 13.4cm r ₂= 11.5cm r ₃= 11.2cm r ₄= 13cm낙 하 시 간 [t sec]7.507.117.247.457.457.34환 산 모 멘 트 [g*cm²]mR²((gt²/2H) - 1) -I077840이 론 치 [g*cm²]95223오 차 [%]18.3질량배치m₁=200g , m₂= 99g , m₃= 99g , m₄= 200gr ₁= 13.4cm r ₂= 8.5cm r ₃= 8.7cm r ₄= 13cm낙 하 시 간 [t sec]7.257.477.187.247.367.3환 산 모 멘 트 [g*cm²]mR²((gt²/2H) - 1) -I076900이 론 치 [g*cm²]84358오 차 [%]8.8질량배치m₁= 200g , m₂= 99g , m₃= 99g , m₄= 200gr ₁= 10.6cm r ₂= 8.5cm r ₃= 8.7cm r ₄= 10.8cm낙 하 시 간 [t sec]6.316.186.246.276.206.24환 산 모 멘 트 [g*cm²]

공학/기술| 2001.06.21| 5페이지| 1,000원| 조회(978)

관성모멘트, 회전반경, 각가속도

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역학적 에너지보존 평가B괜찮아요

▷실험제목 : 역학적 에너지 보존▷실험 목적1. 회전에너지를 포함한 운동에너지와 위치에너지의 역학적 에너지가 보존됨을 이해한다.2. 회전에너지를 이해한다.▷실험 원리mgH = mv2/2 + Iw2/2 ·‥… ①( I = 2mr2/5, v = rw )vb =SQRT { {10} over {7}gH }Et = mv2t/2 + Iw2/2 + 2mgR ·‥… ②(mv2t/ R = mg )Et = 27mgR/10mgH = 27mgR/10, H = 27R/10vb =SQRT { {10} over {7}gH }, 또는 vb =SQRT { {27} over {7}gR }mv2b/2 + Iw2b/2 = mv2c/2 + Iw2c/2 + mghv2b = v2c + 10gh/7그러나 이번 실험에서 h를 0으로 해서 측정을 했다.따라서 v2b = v2c 이다.▷기구 및 장치① 구의 공간운동장치② 캘리퍼③ 줄자④ 갱지와 먹지⑤ 수직기⑥ 각도기▷실험방법①쇠구슬이 레일를 벗어날 때 수평속도 성분만 가지도록 실 험장치를 조절한다. (수준기를 사용할 것)②레일의 끝부분의 높이 Y(정확하게는 지면에 있는 쇠구슬의 중심에서부터 레일의 끝에 놓인 쇠구슬의 중심까지의 거 리)를 측정한다.③적당한 높이(H)에서 쇠구슬을 굴려보아 낙하지점을 확인하 고 근처에 갱지와 먹지를 깔아 둔다.④H로부터 여러번 쇠구슬을 굴려 나타나는 낙하지점의 중심 과 레일의 끝 지점과의 수평거리(X)를 측정한다.⑤X로부터 쇠구슬의 속도를 구하고 쇠구슬의 운동에너지를 구한 후 위치에너지와 같은 값을 나타내는지 확인해본다.⑥높이H를 여러 가지로 바꾸어가며 실험을 반복한다.▷실험결과쇠구슬 1개 (m=66.5g±1%) (Φ=25.2mm±1%)거리 Y 는 0.775mH = 57㎝지면까지 쇠구슬이 도착하는 시간은 t =SQRT { {2Y} over {g} }이다. (Y방향 으로의 초기 속도는 0이다.)따라서 시간 t는 0.40X의 거리(m)0.89m0.9050.9050.910.906이론치1.341.341.341.341.34오차율(%)33.529293228.5속도 v(m/s)2.2252.262.262.282.27점C에서 속도 이론치3.343.343.343.343.34▷고찰사항♤이 실험에서 생기는 오차의 가장 큰 원인은 무엇인가 ? 오차를 줄이기 위해서는 어떻게 해야 하는가 ?

공학/기술| 2001.06.21| 3페이지| 1,000원| 조회(929)

에너지보존, 관성모멘트, 역학적, 역학적에너지

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발에 대해서 평가B괜찮아요

1.서론- 피복위생학의 개요"환경위생은 인간의 신체발육, 건강 및 생존에 유해한 영향을 미치거나 미칠 가능성이 있는 인간의 물리적 생활환경에서의 모든 요소를 통제하는 것이다. (environmental sanitation means the control lf all those factors in man's physical envirment which exercise or may exercise a deleterious effect on his physical development, health and survial.)"위의 정의에서 보는 바와 같이 신체발육, 건강유지에 유해한 환경요인을 학문적으로 검토하는 환경위생학은 실험위생학, 생리위생학, 환경의학과 위생공학으로 대별할 수 잇다.의복은 인체의 가장 근접한 환경으로, 인간을 둘러싸고 있는 광범한 기후내에서 또 하나의 작은 기후를 형성하여 주며 어디를 가든 함께 가는 특이한 환경이다. 이것은 의복이 분명히 인간의 발달에 영향을 미치며, 우리를 둘러싸고 잇는 상황의 일부라는 인식에서 더욱 확실하게 된다. 이 경우 의복은 휴대용(portable) 환경이라고 볼 수 있으며, 인체에 부착 또는 인체를 피복(被覆)하는 근접환경인 것이다. 한편 피복의 위생에서는 피복이 인체와 환경 상호간에 어떤 작용을 하는가를 알아서 인간의 쾌적감을 증진시키는 데에 그 목표를 두고, 의복을 통해 인체를 보호하고 건강과 안전을 증진시키며 작업능률을 향상시키거나 신체기능을 증진시킬 수 있는 방법을 모색하고 있다. 따라서 피복환경학은 인간의 근접환경으로서 피복의 위생문제와 함께 인간-피복-환경의 상호관계를 검토, 분석하여 과학적이며 합리적인 의생활을 영위할 수 있도록 함으로써 인류의 건강을 유지, 증진시키고자 하는 학문이며, 피복뿐만 아니라 우리생활 주변의 모든 섬유제품에 대한 위생까지도 연구대상으로 하는 것이다.2.신발과 양발의 위생학적 정의신발과 양말은 발을 보호하고 보행시에는 지면과의 충격을 완화시킨다. 걷는 일은 인간의 생활행동 가운데 가장 기본적인 것으로 인간의 동작 가운데 가장 많이 행해지는 것이다. 그러므로 신발이나 양말은 발에 신겨지는 것으로서 보행에 미치는 영향이 대단히 크다.2.1. 신발신발의 기능을 살펴보면 다음과 같다.① 외부로부터의 위해에 대하여 발을 보호 받는다.② 발의 오염을 막는다.③ 방한(防寒)과 방서(防暑)의 기능을 갖는다.④ 보행할 때 지면으로부터의 충격을 완화시킨다.⑤ 보행 기능을 저해하지 않고 도움을 주어야 한다.2.1.1. 보행보통 사람의 평균 1분간의 걸음 수는 118.6보이고 보폭의 평균은 66.4㎝, 한 걸음의 평균 시간은 0.51초, 1분간의 평균 속도는 78.7m/min 이다. 이것은 남녀노소의 평균값이나 연령에 따라 보면 어린이와 오인의 보행속도가 느린데 이것은 어린이는 보폭이 작은 때문이고, 노인의 경우는 보폭이 작고 더욱이 1보에 필요한 시간이 길어서 1분간의 걸음 수가 적기 때문이다. 남녀를 비교하면 일반적으로 여자가 1분간 걸음 수는 많으나 보폭과 1보에 걸리는 시간, 보행 속도는 남자가 크다. 보통 도로에서 보행할 때는 평지보다 언덕길에서 에너지대사율이 크고, 언덕길에서는 오르는 길이 내리막 길보다 크며, 또 경사도가 급할수록 크게 나타난다. 눈길에서는 단단하게 다져진 도로보다 새로 눈이 내려 푸석한 쪽이 약 3배 정도의 에너지대사량이 증가한 것을 볼 수 있다. 또 신발에 따라서도 대사율은 다르다.이러한 원인으로 신발의 필요충분조건에 따른 조건을 알아보자.⑴ 마찰계수가 커야 한다.신발을 신고 걸을 때 지면과 신발 사이에는 일정한 마찰력이 생기며 이것은 보행을 안전하고 확실하게 한다. 마찰력은 클수록 추진력이 커지고 미끄러지지 않는다. 신발 바닥에 여러 가지 문양이 잇는데 이것은 미끄러짐과는 관계가 없는 것이 많다. 신발의 종류에 따라 마찰계수는 평균적으로 헝겊 안을 댄 슬리퍼가 가장 마찰계수가 크고 고무바닥에 가죽단화가 그 다음이며, 그 외에는 대동소이하다. 또 바닥의 종류에 따라서는 콘크리트 바닥이 나무나 리노륨보다 마찰계수가 크게 나타나 있다.⑵ 신발굽은 2∼3㎝ 높이가 적당하다.신발굽이 전혀 없으면 걷기가 불편하다. 여자 구두의 굽이 자나치게 높으면 체중이 발가락 끝 쪽으로 심하게 실리므로 앞으로 기울어져 동작의 안정성이 없어지고 발목에 부담이 생긴다. 1분간 일정한 거리를 보행시킬 경우에 하이힐과 로우힐을 비교하면 하이힐은 보폭이 작고 걸은수가 증가하며 또 보행에 필요한 산소소비량이 증가하므로 맥박수도 많아진다. 알맞은 굽의 높이는 용도에 따라 다르나 일상 생활에서는 5㎝를 넘지 않는 것이 바람직하다. 신발굽 높이에 따른 비교굽 높이1.5㎝2.5㎝3.8㎝5.2㎝7.3㎝호흡량16.9716.4717.2818.4718.69산소소비량6*************8소비 Cal(cal/min)3.102.743.033.193.31대사율2.612.172.552.762.88보행수(min)114.0114.4118.8120.8123.2보폭(㎝)63.162.860.659.658.4⑶신어서 여유가 있어야 한다.겨울에 추울 때에는 발끝부터 춥고 여름에 더위도 발에서부터 느낀다. 여유가 없이 꼭 끼는 신발은 발이 압박되어 혈행이 원만하지 못하여 발이 시렵게 되며 심하면 동상에 걸리기 쉽다. 더울때에는 습유되기도 쉬우므로 여유가 필요하다.⑷통기성이 커야 한다.신은 외부에서 수분의 투과를 막아야 하기 때문에 신발 내부의 수증기 발산이 막히기 쉽다. 따라서 신발 속을 잘 말려야 하고 두 켤레를 교대로 신는 것이 좋다. 남자의 신발은 울이 깊어서 발이 물러 무좀이 되기 쉽다. 이 결점을 보완하기 위하여 여름에는 구멍을 뚫거나 줄로 엮어서 통기성이 좋도록 만든 신발이 바람직하다.⑸발모양에 맞는 것이어야 한다.신발이 발모양에 맞지 않고 끝이 뾰족하거나 꼭 끼면 물집이나 티눈이 생기며 피부에 굳은 살이 생긴다. 또 발톱이나 지골(趾骨)이 변형되거나 발육 장해가 생기며, 발이 쉽게 피로해진다.⑹신발 바닥은 굴신성(屈伸性)이 있어야 한다.보행을 할 때 한 쪽 다리에 신체를 지탱하고 다른 한쪽 다리가 앞으로 나가면서 몸의 중심이 앞으로 옮겨지게 된다. 이때 뒤쪽 다리의 발꿈치는 위로 떠서 발이 앞쪽으로 차면서 나온다. 신발 바닥이 딱딱하면 뒤꿈치를 들 때 발바닥이 전부 뜨고 발끝만이 지면에 닿아 있는 것이 되므로 마찰계수가 적어져서 보폭은 적어지고 보행속도가 감소된다. 너무 부드러운 것도 발을 상하게 하기 때문에 알맞은 강도와 굴신성이 있어야 한다.⑺외상을 방지하는 신발이어야 한다.일상생활을 할 때에는 가죽제 신발이면 적당한 경우가 많다. 그러나 작업할 때에는 보행뿐 아니라 작업상의 상해로부터 발을 보호하는 특수한 설계가 필요하다. 고압전기, 극약, 독물, 고열의 철판, 탄광내의 작업 등에는 특수화가 사용되어야 한다.2.1.2. 어린이 신발어린이용 신발은 볼품이나 유행만으로 구입해서는 안된다. 어른 신발의 디자인을 그대로 하면 발가락이 굽어지거나 군살이 생기기 쉽다. 앞이 뾰족한 것, 벗겨지기 쉬운 것, 발끝이 노출되어 있는 것 등은 피하고 끝이 둥글고 여유가 있으면서 밴드로 안정시킨 신발을 선택해야 한다.구조상으로 보면 4세까지는 1년에 1㎝ 정도의 비율로 발이 크므로 발모양의 발달상황이나 모양을 저해하지 않는 신발을 선택할 필요가 있다. 따라서 발끝에서 1.5㎝ 정도 여유가 있는 것이 이상적이며, 이것은 발가락이 굽어지는 것을 막을 수도 있다. 굽의 높이는 걸음마를 시작하여 2세까지는 0∼0.2㎝ 정도, 6세까지는 0.3∼1.0㎝, 국민 학생은 1.5㎝ 정도가 적당하다. 아직 걸음걸이가 완전하지 못한 때에는 발목 관절이 고정되지 않아 넘어지기 쉬우므로 이 시기에는 발목까지 가볍게 싸주는 보호형 신발을 선택하는 것이 필요하다.2.2. 양말과 스타킹양말과 스타킹은 보온, 피부의 보호, 정용의 목적으로 사용되고 있다. 양말은 발과 신발 사이에 있어 쿠션의 역할을 하여 충격을 완화시켜주며, 신을 벗었을 때에는 체열이 발로부터 발산되는 것을 막기도 한다. 또 발의 피부면에서 분비되는 발오량은 의외로 많아 발은 항상 습윤되어 있고 피지의 외부로부터의 먼지로 인하여 오염되기 쉽다. 따라서 양말은 하루 사용하면 습윤하고 오염되어 있으므로 반드시 갈아신는 습관을 가져야 한다.

자연과학| 2001.06.21| 4페이지| 무료| 조회(1,633)

발, 신발, 양말, 피복위생학

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