[일반물리학실험]오차론과 길이측정

소개글

버니어캘리퍼, 마이크로미터의 사용법을 배우고 물체의 길이, 원통의 내경(안지름)과 외경(바깥지름) 등을 측정한다. 이 결과로부터 면적과 부피를 계산하고, 이러한 측정 과정에서 발생하는 오차가 결과에 미치는 정도를 계산한다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고문헌 및 출처

본문내용

1. 실험 목적
버니어캘리퍼, 마이크로미터의 사용법을 배우고 물체의 길이, 원통의 내경(안지름)과 외경(바깥지름) 등을 측정한다. 이 결과로부터 면적과 부피를 계산하고, 이러한 측정 과정에서 발생하는 오차가 결과에 미치는 정도를 계산한다.

2. 실험원리
(1) 버니어캘리퍼(Vernier calliper)
버니어(아들자)가 달린 캘리퍼를 버니어캘리퍼라고 한다. 버니어 캘리퍼는 본체에 있는 어미자 최소 눈금의 1/10 까지, 혹은 그 이상의 정밀도까지 측정할 수 있도록 고안된 장치이다. 아들자는 어미자의 1를 20등분 하도록 만들어졌다.

(2) 마이크로미터 (micrometer)
마이크로미터는 얇은 판이나 철사 등을 정밀 측정하기 위해 고안된 장치이다. 손잡이를 돌리면 축이 0.5를 전진 또는 후진하게 되는데, 손잡이에는 눈금이 50등분 되어있으므로 손잡이의 한 눈금은 0.01(=0.5/50)를 나타낸다. 따라서 손잡이 한 눈금의 1/10까지 눈어림으로 눈금을 읽으면 길이를 0.001(=1)까지 측정할 수 있다.

(3) 오차
오차란 어떤 물리량을 측정할 때 측정값과 참값의 차이를 오차라고 한다. 오차는 크게 계통오차와 우연오차가 있다. 계통오차에는 계기오차, 환경오차, 개인오차가 있으며, 오차의 크기와 부호를 추정할 수 있으므로 보정할 수 있다. 우연오차는 측정자가 주의해도 피할 수 없는 불규칙적이고 우발적인 원인에 의해 발생하는 오차를 말한다. 우연오차는 여러 번 반복 측정하여 평균값을 사용해서 작게 할 수는 있지만 보정할 수는 없다.

(4) 유효숫자
계산에 포함된 모든 숫자가 정수일 때를 제외하고는 측정한 양을 완벽하고 정확하게 얻는 것은 거의 불가능하기 때문에 측정값이나 계산값의 의미 있는 자릿수인 ‘유효숫자’로 측정값을 나타내어 오차의 범위를 정확히 표시하는 것이 중요하다.

(5) 불확도의 유효숫자 표현
불확도의 유효숫자는 1개만 사용한다. 단, 불확도의 첫 번째 유효숫자가 0일 때는 두 개도 가능하다. 그리고 측정값과 불확도를 함께 표기할 때 측정값과 불확도의 마지막 자릿수를 일치시켜야한다.

참고 자료

부산대학교 교재편찬위원회, <일반물리학실험>, 청문각
Raymond Chang, <레이먼드 창의 일반화학>, 사이플러스
http://phylab.yonsei.ac.kr/board.php?board=reference&command=body&no=33#vernier
http://gplab.phys.pusan.ac.kr/menu/menu02/01_length.html
http://phylab.yonsei.ac.kr/board.php?board=reference&command=body&no=33#micrometer
http://gplab.phys.pusan.ac.kr/menu/menu02/01_length.html [그림5] <일반물리학실험 제 3판>, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각
[그림6] <일반물리학실험 제 3판>, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각