기계공학실험 - 광탄성 실험

1. 실 험 목 적

응력해석을 위한 실험적 방법에는 광탄성법, 스트레인 게이지법, 응력 피막법, 모아레법 등이 있으나 손쉽게 내부응력 상태나 전체의 응력상태를 파악하기 위해 광탄성법이 널리 사용되고 있다.
이 실험의 목적은 다음과 같이 요약된다.
-광탄성 실험의 내용과 방법을 이해, 습득하여 그의 활용을 기한다.
-하중을 받는 탄성체 내에 생기는 응력의 분포상태를 관찰하여, 시험편 내의 응력을 측정, 계산하는 방법을 습득한다.

2. 실 험 이 론

투명한 강성체에 힘을 주어 인장 또는 압축을 가하면 이를 통과하는 빛에 대하여 특이한 현상을 일으킨다. 즉 수정, 운모, 다이아몬드등이 빛에 대하여 나타내는 것과 같은 성질을 띠게 되는 것이다. 이 현상을 강성체 내의 일반적인 2중간섭이라고 말하고 광학적 실험은 이 현상을 이용하여 강성체 내부에 일어나는 응력 즉 각 부분이 어떠한 인장, 또는 압축을 받고 있는가를 실험적으로 조사하여 구조물이나 기계부품을 설계할 때 이용된다. 이 방법은 여타 탄성 실험에서 보는 바와 같이 피 실험체의 한점 한점의 측정값을 얻는 것과는 달리 시편 전체의 응력 분포…(생략)

(1) 편광의 발생

① 반사 굴절 : 유리나 수면, 또는 도료를 칠한 면 등 비금속의 평활한 면에서 반사나 굴절을 한 빛은 부분편광이 되며, 특히 빛이 어떤 각도로 입사하였을 때는 반사광이 직선편광이 된다. 이 특정한 각을 그 면의 브루스터각 또는 편광각이라 하며, 이것을θ로 나타내면 반사면 물질의 굴절률n과의 사이에 tanθ 〓n이라는 관계가 성립한다. 이것이 브루스터의 법칙이다. 이에 대하여 굴절광은 항상 반사광과는 수직인 방향으로 진동면(또는 편광면)을 가지는 편광을 포함하는데, 어떤 경우에도 직선편광이 되지 못한다. 평면유리를 몇 장 겹친 것에 편광각으로 빛을 입사시키면, 직선편광이 반사될 때마다 투과광이 반사광과 수직인 편광면을 가진 직선편광에 가까워진다. 이 현상을 이용하여 직선편광을 얻는 장치로 오래 전부터 알려진 유리퇴라는 것이 있다. 또 면에 의한 반사는 아니지만, 대기 중의 많은 미립자에 의한 산란광도 부분적으로 편광하며, 특히 맑은 날 하늘로부터 오는 빛은 뚜렷한 편광성을 지닌다.

② 복굴절 : 결정 등 복굴절성 물질 속의 빛은 속도가 다른 2개의 굴절광으로 나뉘어 진행되는데, 이들은 서로 수직인 편광면을 가진 직선편광이 된다. 따라서 적당한 방법으로 한 쪽 굴절광을 없애면 직선편광이 얻어진다. 방해석을 사용한 편광프리즘(니콜프리즘)이나 전기석판 등은 이 방법에 의하여 만들어진 편광자이다. 앞의 것은 방해석을 붙인 캐나다발삼층으로 한쪽 굴절광을 반사시키며, 나중 것은 한 쪽 굴절광을 많이 흡수하므로 투과광이 직선편광이 되며, 특정한 편광면을 가지는 편광만을 통과시키는 검광자로 사용할 수 있다. 다만 방해석이나 전기석은 얻을 수 있는 결정의 크기에 한도가 있으며, 특히 전기석은 착색이 강하여 정밀한 실험에는 적