부력 실험_결과레포트

소개글

부력 실험_결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

의 무게는 2170.15g 이었어야 했다. 그렇다면 실제 실험에서 우리 조가 중성부력일 때의 측정한 실린더의 무게와 비교해 정확성을 비교해보자.
실험에서의 중력의 크기를 구하기 위해 필요한 공식 에서 은 실린더의 무게인데, 실린더 안에 고무마개를 넣기 전 실린더와 고무마개 3개의 무게를 더해보니 0.5864kg =586.4g 이었고, 중성부력을 가질 때 실린더 안에 넣어주었던 추들의 무게를 실린더 가운데 칸과 왼쪽 칸, 오른쪽 칸으로 나누어 무게를 측정하였다. (Table 2)
가운데 칸의
추 무게
566.2g
왼쪽 칸의
추 무게
487.1g
오른쪽 칸의
추 무게
474g
Table 2. 실린더 안의 각 칸에 넣어준 추의 무게
그러므로 실린더 안의 추 무게의 합은 1527.3g 이고, 실린더와 고무마개의 무게와 합해주면 최종적인 실린더의 무게는 다음과 같다.
이는 이론적으로 중성부력일 때의 실린더의 무게였던 2170.15g과 약 56g 정도 차이를 보인다. 또한 이는 전체적인 값에서의 2.6% 정도를 차지하므로 아주 적은 오차라고는 볼 수 없다. 이러한 무게의 오차가 생긴 이유를 분석해보자.
4. Conclusion
이번 부력 실험은 유체 속의 물체에 작용하는 힘들에 대해 이해하고, 부력의 종류들 중 하나인 중성부력일 때는 중력과 부력이 같아짐을 이용해 실린더의 부피에 따른 부력의 크기와 실린더의 무게에 따른 중력의 크기를 비교해보는 실험이었다. 실린더의 부피를 이용해 부력을 구하고, 부력=중력일 때 이 식이 성립하도록 하는 실린더의 무게는 2170.15g 이었다. 그런데 실제 실험에서 아크릴 실린더가 물 속에서 10초 이상 중성부력을 유지했을 때의 실린더의 무게를 측정해본 결과는 2113.7g 으로 이론적인 무게값과 약 56g 정도 차이가 났다. 이는 아주 적은 차이라고 할 수 없었는데, 이러한 오차의 원인이 무엇이 있었던 것인지 분석해보도록 하자.
① 부서진 아크릴 실린더 판 한쪽
Fig 8. 오차의 원인이 된 부서진 실린더 판
실린더 안에 추를 넣고 물에 넣는 도중 아크릴 실린더의 한 쪽 판(Fig 8)이 부서지는 사고가 있었는데, 전날 실험을 진행했던 조가 부서짐 사고가 있었던 것이라고 하셨다. 그래서 실린더를 물 속에 넣으면 한 쪽 판이 추의 무게를 이기지 못하고 자꾸 부서져서 빠져나가서 실험하는데 어려움을 겪었다. 그래서 한 쪽 판에 물이 새어 들어가지 못하도록 Fig 2처럼 테이프를 이용해 꼼꼼히 밀봉한 후 실험을 진행했는데, 나중에 실험을 마치고 보니 밀봉을 했음에도 불구하고 테이프를 붙인 실린더의 왼쪽 칸에는 물이 조금 차있는 것을 볼 수 있었다. 실린더 안으로 새어 들어온 물의 무게는 정확히 측정하는 것이 불가능했기 때문에 추의 무게와 붙여준 테이프의 무게만 측정했다. 실제로는 칸 안에 들어온 물의 무게 또한 실린더의 무게에 포함해 주었어야 했고, 포함해주었다면 실제 실험에서 측정한 실린더의 무게가 늘어나 더욱더 이론적인 무게와 가까워져 오차가 줄어들 수 있었을 것이다.
② 실린더의 불균형
실험에 사용한 아크릴 실린더는 Fig 8에서처럼 왼쪽, 가운데, 오른쪽 3개의 칸으로 나뉘어 있었다. 그런데 Table 2에서 각 칸에 넣어준 추의 무게를 측정해 보았을 때 왼쪽과 오른쪽의 무게가 차이가 나서 균형이 맞지 않았기 때문에 무게 중심이 왼쪽으로 쏠려 실린더 자체가 왼쪽으로 기울어졌을 것이라는 것을 알 수 있다. 그래서 중성부력을 유지하지 못하고 자꾸 가라앉았을 것이고, 미세한 양이지만 계속적으로 부서진 왼쪽 판 틈새로 물이 들어오고 있었기 때문에 가라앉았을 것이라고 생각한다. 또한 중성부력을 유지하는 것 자체도 육안으로 확인하는 것이기 때문에 미세한 움직임을 관찰하는 것은 힘들다고 생각한다.
③ 유체의 흔들림
수조 안에 실린더를 넣을 때 손을 이용해 사람이 직접 넣기 때문에 그 과정에서 물 이 흔들릴 가능성이 높다. 유체가 흔들리는 상태에서 물체가 유체에 들어가게 되면 물체는 부력, 중력 뿐 아니라 항력이라는 힘의 작용도 함께 받게 된다. 항력은 저항력이며 유체가 이동하는 방향에 반대로 작용하며 유체의 이동을 방해하는 힘이다. 그렇기 때문에 힘의 평형 방정식에 항력도 포함되게 되어 식 자체의 변화가 생길 것이다. 유체가 흔들리지 않는 정지 상태에서 실험하는 것은 어려웠기 때문에 항력을 무시할 수 없어서 정확한 실험을 진행하기가 어려웠다.
5. Reference
[1] 2019학년도 3학년 1학기 단위조작이론 및 실험 1 실험노트

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