[물리 보고서] 고체의 비중 측정

참고하실 때 댓글과 공감 남겨주세요! 비회원도 가능합니다.

 

고체의 비중 측정

 

➀실험 제목

고체의 비중 측정

 

➁실험 목적

아르키메데스의 원리를 이용하여 주어진 물체와 같은 부피의 물의 무게를 측정함으로써 물체의 비중을 구한다.

 

➂실험 기구

천칭, 분동, 고체시료, 비커, 온도계

 

➃실험 원리 및 이론

1) 고체의 비중

물체의 전체 혹은 일부가 유체 속에 잠기게 되면, 물체는 중력과 반대방향의 힘인 부력을 받는데, 그 크기는 물체를 그 유체로 바꾸어놓았을 때 작용하는 중력의 크기와 같다. 이 원리를 아르키메데스의 원리라고 하고, 이를 이용해 물체의 비중을 구할 수 있다. 어떤 물체의 무게를 W, 부피를 V, 그 물체와 같은 부피를 가진 온도 T℃의 물의 무게를 Wt, 비중을 St라고 하면

S = Wt / V

V = Wt / St

S = (W/V) / 1g/㎤ = (W/Wt) St

St의 값은 부록을 참고하도록 한다.

 

➄실험 방법

1) 물보다 무거운 고체의 비중

1. 시료를 실에 달아 공기 중에서의 무게 W1을 측정한다.

2. 시료를 비커에 담긴 물 속에물속에 넣어 잠기게 한 후, 물속에서 시료의 무게 W2를 측정한다.

3. 아르키메데스 원리에 의해서 W1- W2는 시료와 같은 부피의 물의 무게가 되므로 다음 식이 성립한다.

S =( W1 / (W1-W2) ) × St

 

2) 물보다 가벼운 고체의 비중

1. 시료를 실에 달아 공기 중에서의 무게 W1을 측정한다.

2. 시료를 보조추에 메달아 비커가 담긴 물 속에물속에 넣어 잠기게 한 후 물속에서 무게 W2를 측정한다.

3. 보조추만의 물 속 무게 W3을 측정한다.

4. 시료만의 물 속 무게는 W2-W3이므로 고체의 비중은 다음과 같다.

S =( W1 / (W1+W3-W2) ) × St

 

➅실험 결과

<표1: 물보다 무거운 고체(황동)의 비중> 단위:  g중 / g중 /

횟수	공기 중의 무게 W1	물 속에서의 무게 W2	비중
1	492.94	438.06	8.96
2	492.94	441.00	9.46
3	492.94	440.02	9.29
평균	492.94	439.7	9.24

<계산 과정>

- S =( W1 / (W1-W2) ) × St 에서 St = 0.99707 g/㎖ (물 온도 25℃일 때 밀도)

- S bar = ( 492.94 / (492.94-439.7) ) × 0.99707 ≒ 9.24

- 확률오차 = 0.6745 × 1.4386 = 0.9704

- 보고값 = 9.24 ± 0.9704

- 이론값 = 8.4

- 오차율 = 10%

 

<표2: 물보다 가벼운 고체의 비중> 단위:  g중 / g중 / g중

횟수	공기 중의 물체의 무게 W1	물 속 물체의 무게 + 보조추의 무게 W2	물 속 보조추 무게 W3	비중
1	4.9	421.4	438.06	8.96
2	4.9	421.4	441.00	9.46
3	4.9	419.4	440.02	9.29
평균	4.9	420.7	439.7	9.24

<계산 과정>

- S =( W1 / (W1-W3-W2) ) × St 에서 St = 0.99707 g/㎖ (물 온도 25℃일 때 밀도)

- S bar = ( 4.9 / (4.9+438.06-421.4) ) × 0.99707 ≒ 0.2266

- 확률 오차 = 0.6745 × 0.0106 = 0.0087

- 보고 값 = 0.2058 ± 0.0087 

 

 

➆토의 및 토론

1) 오차원인 분석

-물의 온도 변화: 실험에서는 물의 온도가 25℃로 일정하다고 가정하였다.

-무게를 잴 때 정확한 평행을 이루지 못했다.

-추의 종류가 한정되어 있다. 

-실의 존재 무시: 고체를 이을 때 사용한 실의 무게는 생각하지 않았다.

-수돗물은 유기물과 무기물이 포함되어 있어 순수한 물이라고 보기 어렵다. 우리는 순수한 물의 비중을 사용하여 계산하였기 때문에 약간의 오차가 발생하였다.

 

2) 오차 해결방안

-무게를 재기 전에 온도를 다시 재어 그 온도에 맞는 물의 비중을 사용한다.

-양팔 저울보다 정확한 수치를 알 수 있는 저울을 사용한다.

-추의 종류를 늘린다.

-실의 무게를 고려한다.

-수돗물이 아닌 증류수를 사용한다.