[자연과학]동역학 경사낙하 실험장치[Inclination Free Experiment]에 관한 실험

경사낙하 실험장치 (Inclination Free Experiment) 1. 실험목적 경사낙하시험의 목적은 경사진 면에 마찰계수가 서로 다른 시편이 미끄러지면서 계측된 속도와 가속도를 통해 표면 마찰력과 마찰계수를 알기 위함에 있다. 2. 이론 속도 계측은 등 간격(△S)으로 떨어진 포토센서로부터 얻어지는 신호를 이용하여 센서간의 시간을 얻어 계산에 의해 속도와 가속도를 계산한다. (1.1) 타이밍 신호가 그림1.1과 같을 때 속도, 가속도 식은 다음과 같다. 그림 1.1 시간에 대한 전압의 변화 서로서로 미끄러지는 건조하고 광택이 나지 않는 표면들 사이에서 마찰력의 크기는 한 표면을 누르는 법선력에 비례하고 접촉면의 면적이나 접촉하는 물체의 속도와는 무관하다. 상대적으로 운동을 하는 접촉된 표면의 마찰을 운동마찰(미끄럼 마찰)이라 한다. 위의 법칙에 따르면 운동 마찰력은 수학적으로 다음과 같이 기술된다. (1.2) 여기서 μκ는 운동마찰계수로 물질마다 일정한 값을 가지는 특성 상수이다. 그림 1.2에서 마찰력의 크기는 식 1.3과 같다. 그림 1.2 경사진면을 미끄러질 때 물체에 작용하는 힘 (1.3) 미끄러지는 면의 알짜 힘은 다음과 같이 전개 할 수 있다. (1.4) (1.5) (1.6) μκ로 전개하면, (1.7) 이 되고 가속도의 평균값을 이용하여 마찰계수를 구하는 식은 다음과 같이 된다. (1.8) 3. 시험장치 및 방법 (1) 실험장치 그림 1.3 경사낙하 실험장치 본 장치는 각도를 0～60도까지 변경할 수 있으며 시편은 무게가 비슷한 알루미늄, steel 그리고 고무 등 3가지가 제공된다. 시편은 모노레일 위에서 일직선 운동을 한다. 그림 1.4 운용 프로그램 (2) 실험방법 1. 실험을 하기 전에 입력 데이터 값과 A/D보드 설정 값을 먼저 입력해야 한다. 입력되지 않으면 기존 값을 사용한다. 2. 경사판에 장착된 각도기를 읽어 입력한다. 3. 센서간격은 100mm로 고정한다. 4.…
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