[자연과학] 실험보고서 - 광탄성 실험

광탄성 실험

1.실험 목적

광탄성 실험장치(polariscope)를 사용하여 외력을 받는 물체에 생기는
응력분포상태를 관찰하고 측정한다.

2. 이론 및 원리

(1) 편광

일반적으로 빛은 라디오파(radio waves)와 마찬가지로 전자기적 진동을 한다. 예를 들어 백열등은 사방으로 퍼지며 각기 다른 주파수(또는 파장)로 진동하는 완전 스펙트럼의 빛을 발산한다. 이 스펙트럼 중 파장이 사이의 영역은 인간이 지각할 수 있는 가시영역이다. 빛은 전파방향과 수직되는 방향으로 진동하며 이동한다.
그림에서처럼 광원으로부터의 빛을 편광필터 P(polarizer)로 통과시키면 필터의 특정방향으로 편광 된 빛이 만들어지는데 이를 “평면편광(plane polarized) 이라고 한다. 이 때 편광된 빛의 진동방향에 수직이 되는 다른 편광필터 A(analyzer)를 설치하면 편광된 빛은 투과하지 못하고 소멸된다.
빛은 진공이나 공기 속에서 의 속도를 갖는다.
그러나 다른 투명체 내에서는 C보다 작은 속도 V를 갖게 된다. C/V는 굴절계수(index of refraction)라 하고 균질물체에서는 방향이나 진동면에 관계없이 일정하다. 그러나 결정체에서는 결정체의 축에 대한 진동방향에 따라 달라진다. 어떤 재료, 가령, 플라스틱은 응력을 받지 않은 상태에서는 균질하게 반응하나 응력을 받게 되면 이질적인 특성을 보인다. 그러므로 굴절계수의 변화는 가해진 응력의 함수가 되고, 이는 전기적 스트레인 게이지의 원리와 유사하다.
다음 그림에서는 편광된 빛이 외부하중을 받고 있는 두께가 t이고 투명한 플라스틱 재료를 통과하고 있다. 이때 편광은 주변형률 축1, 2로 분리되어 시편을 통과하게 된다. 1,2 방향으로 진동하며 이동하는 빛의 속도를 라 하면 주변형률 의 크기에 영향을 받아 속도의 차이가 발생하여 만큼의 상대 위상차가 생긴다.
…

가 된다.

① 평면 편광기에서는 주응력방향을 측정할 수 있고 〓0

② 원 편광기에서는 등의 경우에 빛의 세기가