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버니어캘리퍼스 - 시료막대(구리, 추, 꼬마전구 전원 [그림 1] 막대의 영률 측정 (Ewing 장치) 1) 3. 여기서 막대를 휘게 하기 위해 드는 힘이 크면 막대가 많이 늘어난다는 것을 알 수 있다. 과정 1) 과정 3) 과정 2, 철, 이 단위의 고유 명칭인 ㎩을 쓰기도 한다. 추걸이에 겨우 닿을 정도로 나사를 조절하여 눈금을 읽는다. 2)) ※ 훅의 법칙 이때 변형력과 변형 사이의 비례상수(위 식의 Y)를 영률이라고 한다.53 . 실험 목적 The Purpose of Experimentation Ewing 장치를 이용하여 금속막대의 중심에 추를 달아 휘어지게 한 후, 두께 를 여러 번 측정하여 평균한다. (막대의 길이는 , 황동) - 추걸이, 그 중심점의 강하를 마이크로미터로 측정하여 금속막대의 영률을 계산한다. 실험 방법 The Method of Experimentation 1) 시료막대(구리,결국 막대의 길이와 단면적이 정해져 있는 상황에서 막대에 가해지는 힘이 커지면(변형력이 커지면) 막대의 길이 변화도 커지게 된다(변형이 높아진다). 사용기기 The Equipments  ......

 

 

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[자연과학] [실험보고서] 막대의 영률 측정

 

1. 실험 목적

The Purpose of Experimentation

 

 

 

Ewing 장치를 이용하여 금속막대의 중심에 추를 달아 휘어지게 한 후, 그 중심점의 강하를 마이크로미터로 측정하여 금속막대의 영률을 계산한다.

 

 

2. 사용기기

The Equipments for Experimentation

 

 

 

※ 금속 구분하기

구리 : 금속성 갈색 (다소 붉은빛)

철 : 회색의 금속성 광택

황동 : 금속성 황색

 

- Ewing 장치, 마이크로미터, 버니어캘리퍼스

- 시료막대(구리, 철, 황동)

- 추걸이, 추, 꼬마전구 전원

 

 

 

[그림 1] 막대의 영률 측정 (Ewing 장치) 1)

 

 

 

3. 실험 이론

The Theory for Experimentation

 

 

 

금속막대의 중심에 추를 달게 되면 아래쪽으로 휘어지게 된다. 이렇게 휘어짐으로서 늘어나는 길이()는 원래의 길이()에 비례하여 늘어난다.

⇒ 이때의 늘어난 비율을 변형이라 한다.

 

상대적으로 굵은 막대가 가는 막대에 비해 잘 휘어지지 않는다. 그래서 막대를 휘게 하는데 드는 힘()은 막대의 단면적()에 비례한다.

⇒ 이때의 단위면적당 힘을 변형력이라 한다.

 

여기서 막대를 휘게 하기 위해 드는 힘이 크면 막대가 많이 늘어난다는 것을 알 수 있다.

결국 막대의 길이와 단면적이 정해져 있는 상황에서 막대에 가해지는 힘이 커지면(변형력이 커지면) 막대의 길이 변화도 커지게 된다(변형이 높아진다). 따라서 변형은 변형력에 비례한다는 훅의 법칙 (Hooke`s Law)이 도출된다.

 

단, 이것은 탄성한계 내에서만 적용된다. (훅의 법칙이 적용되는 힘의 한계는 물체에 따라 다르다. 그래서 너무 무거운 추를 매달면 더 이상 훅의 법칙이 맞지 않을 수도 있다. 2))

 

※ 훅의 법칙

 

 

 

이때 변형력과 변형 사이의 비례상수(위 식의 Y)를 영률이라고 한다. 이 식을 고치면,

 

 

 

이 된다. 이것을 아래의 그림을 참조하면

 

 

 

[그림 2] 3)

공식 를 도출할 수 있다. (막대의 길이는 , 폭은 , 두께는 이다. 단위는 N/m²이며, 이 단위의 고유 명칭인 ㎩을 쓰기도 한다.)

 

이 실험에서는 최종적으로 도출된 공식 를 사용하여 시료막대별로 영률을 구하게 된다.

 

4. 실험 방법

The Method of Experimentation

 

 

 

1) 시료막대(구리, 철, 황동)의 길이 , 폭 , 두께 를 여러 번 측정하여 평균한다.

 

2) 평행판 두 받침날에 시료막대를 나란히 놓고 시료막대의 중점에 추걸이를 단다.

 

3) 아래 그림과 같이 꼬마전구전원을 연결한다.

 

 

[그림 3] 막대의 영률측정 실험 개략도4)

 

4) 추걸이에 추를 늘려가면서 막대의 휨 를 마이크로미터의 눈금을 읽어 기록한다. 추걸이에 겨우 닿을 정도로 나사를 조절하여 눈금을 읽는다. 이 경우 전구에 불이 들어오는 것을 살펴서 알 수 있다.

 

5) 마이크로미터의 나사를 충분히 올린 후 추를 내려가면서 4)의 실험을 반복한다.

 

6) 시료를 바꾸어 4)～5)의 실험을 반복한다.

 

7) 영률을 계산하고 표준 값과 비교하여 본다.

 

 

과정 1) 과정 3) 과정 2,4~5)

 

 

 

5. 실험 측정 결과

The Result of Experimentation

 

 

 

(1) 영률측정

 

1) 구리

 

횟수

1

2

3

4

5

평균값(mm)

두께 a

4

4

4

4

4

4

폭 b

20

20

20

20

20

20

길이 L

478

478

478

478

478

478

 

 

 

?Y 측정

 

추의 무게

(g)

Micrometer 눈금 (mm)

막대의 휨

d (mm)

W/d

(dyne/mm)

Y

(dyne/cm²)

추의 증가

추의 감소

평균

0

15.48

15.58

15.53

 

 

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