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빛지레를 이용한 물체의 두께 측정
1.실험 목적
빛지레(Optical lever) 얇은 판의 두께와 미세한 길이의 변화를 측정하고 오차의 전파를 이해한다.
2. 실험 원리
기계적인 방법에 의해 길이를 측정하는 방법은 가장 간단한 방법이다 (길이 와 곡률반경 측정 참조). 그러나 광학적인 방법을 이용해 정밀도를 배가한 후 기계적인 방법과 혼용하면 더욱 더 정밀하게 측정할 수 있다.
그림 1과 그림 2에 나타낸 자 달린 망원경과 빛지레를 그림 3과 같이 평면상에 놓는다. 거울 M을 바닥에 거의 수직하게 두면 거울 M을 통해 반사되는 자의 눈금 y를 망원경을 통해 읽을 수 있다. 빛지레의 앞발 C 아래에 얇은 판을 끼우면 C는 α°만큼 기울어지고 동시에 거울 M도 α°만큼 기울어진다. 이 때 관찰되는 자의 눈금을 y`, 자 S와 거울 M 사이의 거리 L을 y-y`보다 훨씬 크게 하고 ∠yoy`를 β라 하면 β〓2α≒(y-y`)/L이 된다. 얇은 판의 두께를 d라 하고, 빛지레의 발 사이의 거리를 z라 하면
, (1)
가 되고, α가 매우 작으므로 tan2α≒2α, sinα≒α이다. 그러므로
, (2)
이 된다. 이 경우에 판의 두께 d는
(3)
가 되어 빛지레를 이용해 매우 얇은 판의 두께를 측정할 수 있다.
3. 실험 기구 및 장치
빛지레(그림 2), 얇은 판(측정대상), 유리판(수평한 평면), 자 달린 망원경(그림 1)
4. 실험 방법
(1) 평면대 위에 빛지레를 놓고 약 1m 떨어진 곳에서 자 달린 망원경을 놓는다. 빛지레의 거울에서 반사되는 자의 눈금이 망원경 안에 표시된 십자선과 일치하는 눈금 y를 읽는다.
(2) 빛지레의 앞발 C를 들어 측…(생략)
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