버니어 캘리퍼스, 마이크로미터, 구면계 등을 이용한 고전역학 실험

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 이론적 고찰
3. 실험 과정
4. 실험 결과
5. 결과 분석과 논의

본문내용

1. 실험 목적
1) 길이 측정을 통해 측정값의 유효숫자와 오차에 대해 이해한다.
-버니어 캘리퍼스와 마이크로미터의 측정원리를 이해한다.
-구면계의 측정 원리를 이해하고 곡률반경을 측정한다.
2) 측정값을 사용한 계산 과정에서 오차의 전파에 대해 이해한다.
3) 중력가속도를 측정하고 실험 자료의 통계 특성을 이해한다.
-위치 변화 측정 자료로부터 속도와 가속도를 구한다.
-실험값의 분포와 측정의 정밀도를 추정한다.
-실험값의 정밀도를 좌우하는 변수를 이해한다.

2. 이론적 고찰
1) 물리량과 유효숫자
길이, 질량, 용량 등 물질계의 성질이나 상태를 나타내는 양을 물리량이라 한다. 이러한 물리량을 측정할 때, 어떠한 물리량도 무한한 정확도로 측정할 수는 없으므로, 실험의 부정확도를 아는 것이 중요하다. 이때 실험의 오차를 반영하여 결괏값을 표현하기 위해서 ‘유효숫자’라는 개념을 사용한다. 유효숫자는 자릿수를 나타내는 0을 제외한 신뢰할 수 있는 수이다. 유효숫자를 이용한 물리량 간의 연산방법은 다음과 같다. 먼저, 동일한 물리량끼리 더하거나 빼는 경우는, 소수점 이하 자릿수가 의미를 가지며 결괏값은 계산에 포함된 숫자 중 소수점 이하 자릿수가 가장 작은 것과 같아야 한다는 것이다. 예를 들어 측정값 13mg과 4.28mg을 더한다고 하자. 이때, 13mg+4.28mg=17.28mg이며, 유효숫자를 고려한 결괏값은 17mg이다. 측정값 13mg에서 소수점 아랫자리부터는 오차를 포함하고 있음을 알 수 있기 때문이다.
두 번째 경우는 두 물리량을 곱하거나 나눠 새로운 물리량을 정의할 때이다. 이 경우의 결괏값은 계산에 포함된 숫자 중 유효숫자 개수가 가장 작은 것과 같아야 한다. 예시로, 12.71x3.46=43.9766이며, 이때 3.46의 유효숫자 개수가 3이므로, 이 결괏값은 44.0으로 나타낼 수 있다.

참고 자료

이인숙, 노종우, 김중복, 「Drop-tower에서 수행된 자유낙하 실험」, 『현장과학교육 6(2)』, 2012년 6월, p109.
이기준, 최승호, 박기성, 『고전역학 실험서(초판 3쇄)』, DGIST, 2018년 3월 1일, pp20-21.