1.실험 목적
빛지레(Optical lever) 얇은 판의 두께와 미세한 길이의 변화를 측정하고 오차의 전파를 이해한다.
2. 실험 원리
기계적인 방법에 의해 길이를 측정하는 방법은 가장 간단한 방법이다 (길이 와 곡률반경 측정 참조). 그러나 광학적인 방법을 이용해 정밀도를 배가한 후 기계적인 방법과 혼용하면 더욱 더 정밀하게 측정할 수 있다.
그림 1과 그림 2에 나타낸 자 달린 망원경과 빛지레를 그림 3과 같이 평면상에 놓는다. 거울 M을 바닥에 거의 수직하게 두면 거울 M을 통해 반사되는 자의 눈금 y를 망원경을 통해 읽을 수 있다. 빛지레의 앞발 C 아래에 얇은 판을 끼우면 C는 °만큼 기울어지고 동시에 거울 M도 °만큼 기울어진다. 이 때 관찰되는 자의 눈금을 y , 자 S와 거울 M 사이의 거리 L을 y-y 보다 훨씬 크게 하고 ∠yoy 를 라 하면 =2≒(y-y )/L이 된다. 얇은 판의 두께를 d라 하고, 빛지레의 발 사이의 거리를 z라 하면
, (1)
가 되고, 가 매우 작으므로 tan2≒2, sin≒이다. 그러므로
, (2)
이 된다. 이 경우에 판의 두께 d는
(3)
가 되어 빛지레를 이용해 매우 얇은 판의 두께를 측정할 수 있다.
3. 실험 기구 및 장치
빛지레(그림 2), 얇은 판(측정대상), 유리판(수평한 평면), 자 달린 망원경(그림 1)
4. 실험 방법
(1) 평면대 위에 빛지레를 놓고 약 1m 떨어진 곳에서 자 달린 망원경을 놓는다. 빛지레의 거울에서 반사되는 자의 눈금이 망원경 안에 표시된 십자선과 일치하는 눈금 y를 읽는다.
(2) 빛지레의 앞발 C를 들어 측정하려는 얇은 판을 끼우고 망원경 안에 표시된 십자선과 일치하는 눈금 y 을 읽는다.
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2014.03.27
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