버니어 캘리퍼스란...

[자연과사람]

버니어캘리퍼스는 물체의 외경, 내경, 깊이 등을 0.05 mm 정도의 정확도로 측정할 수 있는 기구이다. 어미자와 어미자를 따라 움직이는 아들자(vernier)로 이루어져 있는 캘리퍼스이며, 아들자캘리퍼스라고도 한다.

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그림 1은 전형적인 버니어캘리퍼스의 구조를 보여 준다. ④의 cm 눈금과 ⑤의 인치 눈금이 그려져 있는 중앙의 긴 자가 어미자이고, 어미자에 대해 상대적으로 움직일 수 있고⑥과 ⑦의 눈금이 그려져 있는 부분이 아들자인데, ③의 부분도 아들자의 일부이다. ①의 부분으로는 물체의 외경이나 두께를 측정하고, ②의 부분으로는 내경을, ③의 부분으로는 깊이를 측정한다. ⑧은 아들자의 어미자에 대해 움직임을 제어하는 일종의 잠금장치이다. 예를 들어 두께를 측정한다면, 잠금장치 ⑧을 열고 물체를 ①의 두 부분 사이에 넣고 아들자를 움직여서 물체가 ①의 두 부분 사이에 끼이도록 한 다음, 잠금장치 ⑧을 닫고 어미자와 아들자의 눈금을 읽으면 된다.

 

그림 2는 그림 1의 어미자 눈금 ④와 아들자 눈금 ⑥에 해당하는 부분을 확대한 것이다. 이 경우는 아들자의 작은 눈금은 어미자의 작은 눈금 39개를 20 등분한 것으로, 아들자 눈금 하나는 (39 mm)/20 = 1.95 mm에 해당한다. 이 길이와 가장 가깝고 어미자의 눈금으로 정확하게 읽을 수 있는 길이는 2 mm이고, 두 길이의 차이인 0.05 mm가 이 버니어캘리퍼스가 정확히 측정할 수 있는 최소 길이이다. 그림 2의 경우 아들자의 0의 눈금은 어미자의 (24+α) mm이다. 어미자와 아들자의 눈금이 가장 잘 맞는 곳은 아들자로 3, 어미자로 36 mm에 해당하는 눈금이다. 따라서 α의 값은 어미자의 (36-24) mm = 12 mm에서 아들자의 6 눈금의 길이 (1.95 mm) x 6 = 11.7 mm의 차이인 0.3 mm이다. 그러므로 그림 2의 측정값은 24.3 mm이다. 보통은 어미자로 24 mm를 읽고, 어미자와 아들자의 눈금이 가장 잘 맞는 곳의 아들자 눈금이 6번째 눈금이므로 여기에 그림 2의 아들자에 씌여있는 정확도 0.05 mm를 곱해서 어미자의 눈금과 더하는 방식으로 읽는다. 즉 24 mm + 6 x (0.05 mm) = 24.3 mm이다.

※ 출처 : 네이버 지식백과] 버니어캘리퍼스 [Vernier calipers] (물리학백과, 한국물리학회)