[일반물리실험] 물질의 비중 측정

[일반물리실험] 물질의 비중 측정

1. 실험 목적
아르키메데스의 원리를 이해하고 Jolly의 용수철 저울을 사용하여 고체와 액체의 비중을 측정한다.

2. 실험 원리
온도 에서의 물질의 밀도와 에서의 순수한 물의 밀도()의 비를 그 물질의 에서의 비중이라 한다. 비중은 단위가 없는 무차원의 값이다. 어떤 물체의 무게를 , 그 물체와 같은 부피를 가진 온도 에서의 액체의 무게를 , 이 온도에서의 액체의 비중을 이라고 하면 그 물체의 비중 는 다음과 같이 구할 수 있다.

(15.1)

한편, 밀도 또는 비중을 측정하기 위한 편리한 방법은 다음에 주어진 아르키메데스의 원리를 이용하는 것이다.

“어떤 물체를 액체 속에 담그면 그 물체는 물체의 부피에 해당하는
액체의 무게만큼의 힘을 연직방향으로 받게 된다.”

이 힘을 부력이라 부른다.

1. 고체의 비중
그림 15.1에 주어진 Jolly의 용수철 저울에 용수철 상수 인 용수철에 질량이 이고 부피가 인 물체를 매달았을 때 용수철의 길이가 에서 만큼 늘어났다면 물체의 무게는 다음과 같다.

(15.2)

그리고 물체를 온도 인 물에 담갔을 때 용수철이 만큼 늘어났다면

(15.3)

이다. 여기서 는 에서 물의 밀도이다. 그러므로 식(15.2),(15.3)에 의해 부력에 해당하는 물체와 같은 부피의 물 무게 는

(15.4)

이다. 그러므로 물체의 비중 는 식 (15.1)에 의해

(15.5)

가 된다. 여기서 는 에서의 물의 비중이다.

그림 15. Jolly의 용수철 저울

2. 액체의 비중
위의 물체를 물이 아닌 다른 임의의 액체 속에 담갔을 때 용수철의 길이가 만큼 늘어났다면

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