부유체 경사 실험

소개글

부유체 경사 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론
1. 실험 제목
2. 실험 목적
3. 실험 이론
　3.1 복원력
4. 실험 장치
　4.1 실험장치의 초기조건
5. 실험 과정

Ⅱ. 본론

1. 실험결과 및 분석
　1.1 여러 가지 변수들 계산 방법
2. 오차의 요인

Ⅲ. 결론

1. 고찰
2. 참고문헌

본문내용

로부터 경사각이 클 때는 부유체가 다시 원상태로 돌아오려는 힘(복원력) 또한 크다는 것을 확인할 수 있었다.

(1)
(2)
- 두 가지 방법에 있어서 그래프의 개형은 비슷했다.
- (1)번 식 () 과 (2)번 식의 2번째 항 ()이 비슷하나, (2)번 방법에는 ()이 더해져 있어 전반적으로 GM값이 컸다.
2. 오차의 요인
1) 수면에서의 정확한 눈금 측정이 어렵다.
우리가 물에 잠긴 깊이를 측정하기 위해 부유체의 네 모서리에 있는 눈금을 읽어야 한다. 하지만 물은 계속 움직이고 있어 정확한 측정이 어렵다. 더구나 부유체가 물에 평행하게 잠기는 것이 아니라 한쪽으로 잠기므로 각 모서리에서도 안쪽과 바깥쪽의 눈금이 다르다. 눈금 측정 시에 안쪽, 바깥쪽을 확실히 정해야 했는데 그러지 못했다.
2) 기준이 되는 초기 값이 평행이 아니다.
실험에서 초기 흘수 값을 측정할 시 부유체의 좌우앞뒤가 평행이 되었다고 볼 수 없다. 이것은 실험에서 기준 값이 정확히 정해지지 않은 것과 같으며 오차의 원인이 된다.
3) 중심이동추의 높이가 정확하다 할 수 없다.
실험에서 초기 값을 구한다음 수직이동추를 중심이동축 위에 올려놓는다. 우리는 중심이동축에 올리기 전에 그 높이를 측정을 했는데 그 측정방법이 정확하다고 할 수 없다. 수직축에 눈금이 그려진 것도 아니라 단지 축의 높이를 줄자를 이용해서 높이를 측정하였기 때문이다. 줄자를 이용할 때 측정자가 완벽히 평행하게 바라보지 못하고 어쩔 수 없이 위에서 아래로 비스듬히 바라보며 실험 할 수밖에 없었다. 따라서 수직이동추의 중심이 정확히 특정 위치(25~31cm)에 놓였다고 말할 수 없다. 또 줄자가 정확히 수직으로 들렸다고 할 수 없고, 줄자 자체가 조금 우그러져 수 mm의 오차를 유발했을 가능성도 높다.
4) 우리가 수평이동추를 움직인 길이가 정확하다고 할 수 없다.
우리가 실험에서 수직이동추를 고정시키고 수평이동추를 옮길 때 그 거리에 기준이 되는 자가 옆에 있었다고 하나 추와 어느 정도 떨어져 있어서 정확히 이동추의 중심을 맞추기가 힘들었고 두 개의 추의 위치를 각기 다른 사람이 맞추었기 때문에 사람에 따른 기준의 차이가 발생했을 것이다. 또 추의 구멍과 수평이동축이 100% 맞물리지 않아 아무리 튼튼히 고정해도 앞뒤 혹은 비스듬한 방향으로 추가 휘었다.
5) 물의 유동이 끊임없이 일어난다.
이번실험에서 구하고자 하는 것은 정적복원력이다. 하지만 우리가 실험에서 수평을 맞춘다거나 추의 위치를 바꾼다고 부유체에 외력을 가하면 유체는 부유체를 통하여 힘을 받아서 끊임없이 움직임을 받게 된다. 이러한 유체의 유동으로 부유체에 움직임이 생기며 눈금을 읽을 때도 정확한 측정을 하기 힘들어진다. 실제로 조건을 달리하며 부유체를 수조에 넣을 때마다 물이 심하게 요동쳤다.
6) 중심이동추의 정확한 무게 배분이 되지 않았다.
실험에서 중심이동추를 중앙에 고정시키고 수평이동추를 옮기면서 실험을 한다. 여기서 중심이동추의 무게가 골고루 분산되어야 하지만 우리가 실험한 중심이동추는 중심에서 한쪽이 뚫려있어서 무게의 분산이 골고루 분산된다고 볼 수 없다.
7) 중심이동축이 휘어져 있다.
단순히 수평이동추 없이 중심이동추의 위치만 높였을 때 축이 휜 방향으로 매우 크게 경사하는 것을 관찰 할 수 있다. 이것은 높이가 높아지면 중심이동추의 위치가 중심을 벗어남을 의미한다.
8) 실험에서 측정한 데이터가 정확하지 않다.
실험에 읽은 현측 높이 값이 모두 눈금에 맞아 떨어지지 않는다. 수조내의 물이 진동해서 현측 높이를 측정할 때 1~1.5cm 위아래로 심하게 진동 했다. 따라서 대충 그 중간 값을 데이터로 취했다. 진동이 조금 줄어들어도 Rough하게 데이터를 읽었다. 그러므로 측정 시에 버리거나 더한 값으로 인해 오차가 생길 수 있다.
Ⅲ. 결론
1. 고 찰
선박이 현측으로 외력을 받았을 때 선박의 복원력에 대한 실험이다. 수평 이동 추를 이동시켰을 때가 선박에 외력을 가했을 때로 가정한 것이다. 그러므로 부유체를 기울였을 때의 무게중심이 아닌 기울이기 전의 무게중심을 기준으로 해야 복원력을 구할 수 있다. 이번 부유체의 경사실험을 통하여 부유체의 안정을 위해서는 경심 M의 위치가 중심 G의 위치보다 위에 있을 때 부유체가 복원될 수 있음을 알았다. 또한, 중심이 올라갈수록 GM값이 낮아지고, 복원력이 떨어져 감을 알았다.
무게중심 G에 대한 중량과 이동된 부심 B를 통하여 위로 작용하는 부력에 의한 짝힘(Couple Moment) 때문에 배는 직립상태(Upright Position)로 되돌아가려고 한다. 하지만 실험에서는 기울어진 부유체는 중성평형을 이루고 있으므로 그 상태에서는 복원력을 구할 수 없다.
실험결과에서 보면 중심이동추의 높이가 높아질수록 무게중심이 높아져 같은 외력에도 전복될 가능성이 더 증가하는 걸 보여주고 있다. 또 당연히 수평이동추의 거리가 외력을 의미하므로 거리에 따라 외력이 증가하여 경사가 심해지는 것을 볼 수 있다. 실험값에서는 중심이동추의 거리에 따라 경사각이 거의 선형적으로 변하는 것을 볼 수 있다.
결과적으로 실험결과에서 GM값이 (+)값이 유지되는 것으로 보아 실험하는 동안에 이 부유체는 복원력이 생기므로 안정된 상태로 되돌아올 수 있다.
GM > 0 이면 안정 상태, GM = 0 이면 중립평형 상태, GM < 0 이면 불안정 상태
복원력 증가 방안으로는 하중의 조정, 중량물 제거, 유동수 제거가 있다. 그리고 실제 경사 측정에서 웨이트 준비시에 W를 구하는 이유로는 상기에서 산출되는 웨이트 물량의 위치 확인 및 경사시험시 용이하게 이동시킬 수 있는 수단으로서 크레인 용량의 적합성 여부 확인, 안벽이 부적당할 시에는 적절한 곳으로 선박을 이동하는 문제도 고려되어야 한다.
2. 참고문헌
1)선박계산 , 대한조선학회, 동명사, 1999
2)기본 조선학 (Principles of Naval Architecture), 제2장 4절
3)유체역학. Frank M. White, 조강래, 유정열, 강신혁 공역, 1996
4)한국조선공업협회 홈페이지(www.koshipa.or.kr)

키워드

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