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[공학]오차의 전파와 고체의 밀도-물리학 실험

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    • 소개글
    [공학]오차의 전파와 고체의 밀도-물리학 실험에 대한 자료입니다.
    목차
    실험1. 1. 원통형 시료 (버니어 캘리퍼)
    2. 직육면체 (버니어 캘리퍼, 마이크로 미터)
    [[ 결과 및 토의 ]]
    본문내용
    이번 실험은 실험 자체는 간단한 실험이었으나 실험값들을 해석하는 것이 어려웠다. 실험 자체는 마이크로미터와 버니어 캘리퍼스를 가지고 눈금만 읽으면 되므로 별 어려움이 없었으나 그 측정치들을 해석하는 데에서는 이론의 공부가 필요하였다. 일단 실험1 에서는 원통형 구리를 버니어 캘리퍼스를 사용하여 지름과 높이를 각각 10번씩 측정하였다. 버니어 캘리퍼스의 사용법은 예비 레포트에 있으므로 여기선 생략 하겠다. 일단 측정을 하고 난 후 모든 값들은 오차의 범위가 아주 작게 나왔다. 또한 고정 나사를 반드시 사용해야 하는데 한 두번을 그냥 나사 없이 사용하니깐 나사를 사용하여 사용할 때보다 오차가 더 크게 나왔다. 물체가 흘러 내린 이유도 있겠지만 나사를 사용하여 조여 주었더니 물체와 측정 막대사이에 직각을 확실히 고정해 줄 수가 있기 때문에 나사를 사용한 측정치가 오차가 더 적게 나왔다. 또한 버니어 캘리퍼스가 디지털 계기라는 것도 새로이 알았다. 첨엔 디지털이라는 것이 무조건 7- segments 가 들어가서 일정한 값으로 딱 떨어지는 것인 줄 알았는데 버니어 캘리퍼스 처럼 측정 값을 최소 눈금으로 읽을 때 0.05mm단위 씩 떨어지기 때문에 버니어 캘리퍼스도 디지털이라고 할 수 있는 것이다. 이와 대조적으로 마이크로 미터는 측정값이 딱 떨어지는 것이 아니고 측정 값이 최소 눈금 단위사이에 걸쳐 있다면 눈 대중으로 읽고 난 후 맨 마지막에 오차를 적용하여 오차의 범위를 제한 하는 방법이기 때문에 아날로그라고 한다.
    실험에서 오차가 나온 이유로는 측정 위치를 바꿔가며 측정 했기 때문에 같은 가로, 세로 길이를 측정한다 하더라도 표면의 상태에 따라 측정 값이 변하기 때문에 오차가 나왔다. 이는 넓이가 넓을수록 측정값의 표본 공간이 커지기 때문에 오차를 줄일 수 있다. 그러나 어떻게 보면 오차가 나오는 것이 당연한 결과라고 생각한다. 시료가 모두 정확히 짤린 것이 아니고, 설사 정확히 짤렸다 하더라도 측정 상태에 시료에 가하는 압력에 따라 시료자체가 유동적으로 변하기 때문에 시료는 유동적인 값을 가져야 한다. 따라서 위의 관점에서 본 오차는 반듯이 있어야만 한다. 그리고 측정자의 눈의 위치도 오차에 큰 역할을 했다. 버니어 캘리퍼스, 마이크로 미터 모두가 눈금을 읽는 것이기 때문에 눈금과 수직이 되지 않는다면 어느 정도의 오차가 생길 수 있다. 또한 버니어 캘리펴스의 경우 부척을 읽을 때에는 그 부척과 일치하는 눈금을 읽어야 하는데 그 부척의 사용하는 식을 보면 실제 정확하게 일치하는 부척이 있다고 하더라도 그 양 옆으로는 부척의 눈금이 미세하게 옆으로 빗나가 있다는 것을 알 수 있다. 어떤 경우는 사람의 눈으로 식별이 불가능할 정도로 일치하는 눈금이 두 개나 나온다. 따라서 ‘어느 눈금을 일치하는 것으로 읽느냐?’하는 문제도 오차의 범위를 나타내는데 큰 영향을 미친다. 그리고 실제 오차 없이 정확한 측정을 하였더라도 영점 보정에서 나타나는 필연적 오차로 인하여 오차가 발생하는데, 버니어 캘리퍼스는 영점 보정이 필요 없을 정도로 영점 보정 값이 0으로 나타났지만 마이크로 미터의 경우는 영점 보정이 반드시 필요했다. 그러나 영점 보정 측정 전과 측정 후의 오차는 나지 않았으므로 측정 전의 값만으로 영점 보정 값을 사용했다. 여기서 나타나는 오차도 오차의 원인에 크게 기여를 하였다.
    이 실험에서는 오차를 사용하여 보고 값을 정하는데 계기오차와 표준오차를 구하여 큰값을 사용한다는 새로운 사실을 알았다. 즉 최소눈금에 기인한 계기오차와 우연오차에 기인한 표준오차를 둘 다 구핞후 큰 값을 오차에 적용한다는 것이다. 또한 계기오차에서도 캘리퍼스와 같은 디지털 계기에서는 최소눈금 자체가 계기오차가 되지만, 아날로그 계기와 같은 마이크로 미터에서는 0.3을 최소눈금에 곱한 값이 계기 오차가 된다는 사실도 새로운 사실이었다.
    이번 실험은 측정 자체는 간단하지만 해석하는데 이론이 많이 필요하므로 마이크로 미터에 대해서 조사한 내용을 언급하겠다. 마이크로 미터란 측정 정밀도가 높은 길이의 측정기, 측미경이라고도 한다. 나사의 이동과 회전을 이용하여 철사의 지름, 정밀 기계등의 미소한 치수를 측정하는 기구이다. 수나사와 암나사를 짜맞추어 회전시키면, 상대적인 축방향의 이동략은 회전각에 비례하므로 회전각을 측정하여 나사의 이동거리를 구할 수가 있다. 예를들면 나사의 피치가 1mm라면, 나사의 이동에 따른 회전각은 360도가 되며, 회전 부분에 1mm
    참고문헌
    1. Harris Benson : “University Physics (revised edition)”, Wiley . 기본적인 문헌 값과 그 측정 원리.
    2. 두산 대 백과 사전 _ 마이크로 미터의 원리와 정의부분.
    3. Verberg Purcell : “CALCULUS “ , prentice hall : partial derivative(편미분) 부분.
    4. http://madang.ajou.ac.kr/~mplasma/exp.htm 오차의 해석과 원리 식.
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