구한 값을 보면 강봉이 황동봉 보다 비틀림 각이 적게 변한 다는 것을 알 수 있는데 이것을 통하여 같은 힘을 강봉과 황봉에 가했을 때 강봉이 황동봉 보다 더 큰 강성을 가지고 있다고 할 수 있다.
실험 3) 중실봉과 중공봉의 비교
봉의 직경
3.1mm
J
9.06
중공봉의 외경
3.2mm
J
9.14
중공봉의 내경
1.85mm
실험 3-1 - 강봉과 중공봉의 비틀림 강성 측정
토크(Nm)
강봉의 실측 비틀림각()
강봉의 이론 비틀림각()
0
0
0
0.025
2.1
0.92
0.05
5
1.85
0.075
7.5
2.78
0.1
8.2
3.71
0.125
9
4.63
토크(Nm)
중공봉의 실측 비틀림각()
중공봉의 이론 비틀림각()
0
0
0
0.025
9
2.1
0.05
13.5
4.23
0.075
16
6.35
0.1
18
8.47
0.125
20.5
10.59
실험 3-2 - 황동봉과 중공봉의 비틀림 강성 측정
토크(Nm)
황동봉의 실측 비틀림각()
황동봉의 이론 비틀림각()
0
0
0
0.025
4
1.88
0.05
10.7
3.76
0.075
14
5.64
0.1
17
7.52
0.125
19.3
9.4
토크(Nm)
중공봉의 실측 비틀림각()
중공봉의 이론 비틀림각()
0
0
0
0.025
9
2.11
0.05
13.5
4.23
0.075
16
6.35
0.1
18
8.47
0.125
20.5
10.59
실험 3-1은 강봉과 중공봉을 가지고 실험을 했다. 토크 변화에 따른 강봉과 중공봉의 비틀림 각을 구한 그래프를 보면 전체적으로 중공봉이 강봉보다 더 큰 비틀림 각을 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 중공봉이 강봉 보다 강성이 더 작다고 할 수 있다. 따라서 강봉과 중공봉에 같은 토크가 작용했을 때 중공봉의 비틀림이 강봉보다 더 크게 나타 날것이다. 실험 3-2는 황동봉과 중공봉을 가지고 실험을 했다. 마찬가지로 황동봉과 중공봉을 토크 변화에 대한 비틀림 각을 구한 그래프를 보면 중공봉이 황동봉 보다 더 큰 비틀림 각을 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 이것을 통하여 중공봉이 황동봉 보다 강성이 더 작다고 할 수 있다. 그러므로 같은 토크가 황동봉과 중공봉에 주어졌을 때 비틀림이 일어나는 정도는 중공봉이 더 크게 일어 날 것이다. 하지만 그래프를 보면 황동봉과 중공봉이 비틀림 정도가 차이가 크게 나지 않는 다는 것을 알 수 있다. 이것은 황동으로 만든 중공봉을 실험에 사용해 일반 황동봉과 비슷한 재질이기 때문에 황동봉과 오차가 적게 나온 것 같다.
7. 고찰
실험1부터 실험3까지 이론값과 실험값과의 차이를 보면 전체적으로 오차가 많이 나왔다. 이런 오차가 생길 수 있는 이유는 여러 가지가 있다. 먼저 봉을 시험 장치에 연결 할 때 오차가 생길 수 있다. 봉을 시험기 구멍 안에 있는 chuck에 일치 시킨 다음 움직이지 않도록 이것을 조였는데 이때 chuck key를 조이면서 생기는 힘이 봉에 가해져 실험을 하기 전부터 봉에 가해진 힘에 의해 이미 봉이 비틀려져 있었을 가능성이 있다. 비록 실험을 시작하기 전에 측정기가 0점이 되게 맞추도록 노력했지만 쉽게 0점이 맞춰지지 않았고 이 상태로 실험을 하게 되어 오차가 생겼을 것이다.
또 다른 오차는 봉의 길이를 정확하게 하지 않은 상태로 실험을 해서 오차가 생겼을 것이다. 실험순서를 보면 봉의 길이를 500mm를 맞춰 놓고 실험을 하라고 되어있다. 물론 실험을 하기 전에 봉에다가 측정할 길이만큼 선을 그어 표시했는데 이때 표시가 잘 보이도록 하기위해 두꺼운 팬을 사용해 정확한 위치를 표시하지 못하고 근처에 표시하게 되었다. 또한 봉을 최대한 정확하게 길이를 맞춰서 시험기기에 연결했어도 chuck key를 조일 때 원래 측정할 길이를 벗어나서 조이게 되는 경우가 있었다. 처음 길이를 표시할 때 오차가 생기고 봉을 시험 장치에 연결 할 때도 오차가 생겨 실험에서 원하는 정확한 길이를 가지고 비틀림 각을 측정 하지 못해 오차가 많이 생겼을 것이다.
각도를 측정 하는 과정에서도 오차가 생겼을 것이다. 비틀림 각을 측정할 때 사람의 눈에 의지해서 각을 측정했다. 그러다보니 사람이 각도기를 보는 위치에 따라 값이 달라졌다. 각도를 측정할 때 각도기와 최대한 수평 상태에서 각을 읽었지만 정말 사람이 정확히 수평 위치에 서서 각을 읽었는지 알 수 없고 각도를 가리키는 바늘을 눈으로 읽었기 때문에 정확한 값을 읽지 못하고 근사 값만을 읽어 오차가 많이 생겼을 것이다.
오차가 생길 수 있는 다른 이유는 실험에 쓰이는 봉이 휘어져 있어 오차가 생겼을 것이다. 비틀림 각은 직선으로 되어있는 봉에 토크가 작용하는 상황에서 구해진다. 하지만 실험을 할 때 봉이 이미 휘어져 있어서 토크를 가할 때 전해지는 힘이 봉을 비트는 힘에 쓰이지 않고 다른 곳에도 쓰였을 수 있어 정확한 비틀림 각을 알 수 없었을 것이다.
이러한 오차들을 줄이기 위해서는 먼저 최대한 휘어지지 않은 봉을 사용한다. 휘어 있는 봉을 사용하면 토크가 봉을 비틀리는 힘에 모두 사용되지 않을 수 있기 때문에 이것을 줄이기 위해서 휘어지지 않은 봉을 사용한다. 다른 방법으론 비틀림 각을 얻는 방법을 사람이 직접 읽는 형식보다는 디지털로 비틀림 각이 측정되어지는 것으로 바꾸면 오차가 많이 줄어들 것이다. 아무리 눈으로 각을 정확하게 읽는 다고해도 사람의 한계가 있다. 따라서 비틀림 각이 디지털로 표현되는 실험 장치를 사용한다면 사람이 눈으로 각을 읽는 것보다는 더 정확하게 비틀림 각을 얻을 수 있어 오차가 많이 줄어들 것이다. 오차를 줄이는 다른 방법은 봉의 길이를 정확하게 표시하는 방법이 있다. 봉에 실험할 길이만큼 표시를 할 때 정확하게 표시를 하도록 노력하고 봉을 실험 장치에 연결할 때 실험할 길이만큼 연결이 되지 않는 경우가 있을 수 있는데 이러한 것을 주의하여 정확한 길이만큼 봉을 연결해 실험을 한다면 오차가 많이 줄어들 것이다. 그리고 chuck를 조일 때도 너무 큰 힘을 들여서 조이지 않는 것이 좋다. 봉을 고정 시킬 때 조이는 힘이 우리가 모르는 사이에 봉에 가해져서 비틀림이 생길 수 있기 때문에 이것을 주의한다면 오차를 많이 줄일 수 있을 것이다.