[자연과학] 일반물리학 실험 - 길이 및 곡률반경 측정

일반물리학 실험 - 길이 및 곡률반경 측정
실험의 목적
구면계(spherometer)를 이용하여 렌즈의 곡률반경을 구한다.
버니어 캘리퍼스(vernier calliper)와 마이크로미터(micrometer)의 사용법을 알아보고 그 도구들을 이용해 길이를 측정해본다
실험의 원리
구면계는 일종의 마이크로미터라 할 수 있다. 그림 1과 같이 틀에는 정삼각형을 이루는 세 개의 다리 A, B, C와 이 삼각형이 이루는 평면에 수직한 자 L이 부착되어 있다. 또한 이 삼각형에 수직하게 틀의 중심을 관통하는 나사 ND는 한바퀴 돌리면 나사는 1mm씩 진행하도록 되어 있다. 눈금 L은 mm단위이고 나사 ND에 부착된 다이얼 M의 원둘레는 100등분하여 되어있으므로 최소 눈금의 1/10까지 눈어림으로 잃으면 1/1000mm까지 측정할 수 있게 되어있다.
구하려는 구면의 곡률 반경 R을 그림 2에서 DE = h, EF = 2R - h 이고 △ADE와 △FAE는 닮은꼴이므로

(1)

이 된다. △AEH에서 AE = r, EH = r/2, AH = a/2 이므로

(2)

이것을 식 (1)에 대입하면

(3)

그림 1
즉, R은 a와 h를 측정함으로써 구할 수 있다.
그…(생략)

1. 실험기구

2. 실험 방법

- 1) 구면계를 평면 위에 놓고 영점 조정을 한다.

- 2) 볼록렌즈(또는 오목렌즈) 위에 구면계를 조심스럽게 올려놓고 높이 h를 1/100mm 단위까지 읽는다. (여기서 측정한 값에서 앞 과정의 영점의 눈금 값을 빼면 높이 h를 얻을 수 있다.)

- 3) 다시 평면 위에 구면계를 올려놓고 영점 조절을 한다. 앞의 1)~3)의 과정을 10회 반복한다. 평균값 h를 구한다.

- 4) 구면계를 평평한 백지 위에 놓고 가볍게 눌러 △ABC의 각 정점에서 자국을 낸다. 이 자국의 점을 꼭지점으로 하는 정삼각형의 한 변의 길이 a를 버니어 캘리퍼스로 측정한다. 10회 측정하여 평균값 a를 구한다.

- 5) 위의 측정값으로부터 2쪽의 식 (3)을 사용하여 볼록렌즈, 오목렌즈의 곡률반경 R을 구한다.