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[자연과학] [실험보고서] 막대의 영률 측정

등록일 : 2012-11-26
갱신일 : 2012-11-26


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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,


…(생략)
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