تعليمات تجربة التسارع بفعل الجاذبية
أهداف التجربة :
– يمكن للطلاب معرفة مقدار التسارع الناتج عن الجاذبية بناءً على نتائج التجربة.
الأدوات والمواد :
- ساعة التوقيف
– أحجار صغيرة (يمكنك استخدام أشياء أخرى)
- مسطرة أو أداة قياس للطول
النظرية الأساسية :
تسارع الجاذبية
التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية هو التسارع الذي يتعرض له جسم يسقط سقوطًا حرًا من ارتفاع معين باتجاه سطح الأرض. استنادًا إلى تجارب أجراها علماء الفيزياء، تبلغ قيمة التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية 9,8 م/ث² . هذه قيمة متوسطة، وقد تختلف قيمة التسارع في أماكن مختلفة. ولتبسيط الحسابات، تُقرّب قيمة التسارع أحيانًا إلى 10 م/ث² . ويكون اتجاه التسارع نحو مركز الأرض، أي عموديًا على سطحها.
حركة السقوط الحر وعلاقتها بتسارع الجاذبية
حركة السقوط الحر هي حركة جسم يسقط من ارتفاع معين نحو سطح الأرض دون سرعة ابتدائية، ويتعرض الجسم لتسارع جاذبية ثابت مقداره 9,8 م/ث² . التسارع كمية متجهة، أي له مقدار واتجاه. مقدار تسارع الجاذبية البالغ 9,8 م/ث² يعني أن سرعة الجسم تزداد بمقدار 9,8 م/ث كل ثانية. بعد ثانيتين من السقوط الحر، تزداد سرعة الجسم إلى 19,6 م/ث، وهكذا. يكون اتجاه تسارع الجاذبية نحو مركز الأرض.
تزداد سرعة أي جسم يسقط سقوطًا حرًا بانتظام، ولذلك يُعد السقوط الحر مثالًا على الحركة الخطية بتسارع منتظم. توجد ثلاث معادلات اشتقاقية للحركة الخطية بتسارع منتظم تُستخدم لحساب الكميات الفيزيائية المتعلقة بها، مثل المسافة والسرعة الابتدائية والنهائية والفاصل الزمني والتسارع. هذه المعادلات هي: v<sub>t</sub> = v<sub> o</sub> + at، و s = v<sub> o </sub>t + ½ at<sup> 2</sup> ، و v <sub> t </sub><sup> 2 </sup> = v<sub> o </sub><sup> 2</sup> + 2 as، حيث: v <sub>t</sub> = السرعة النهائية، v<sub> o </sub> = السرعة الابتدائية، a = تسارع الجسم، t = الفاصل الزمني، s = المسافة المقطوعة، v<sub> o </sub> = السرعة الابتدائية.
السقوط الحر مثال على الحركة الخطية بتسارع منتظم، لذا فإن الصيغة المستخدمة في السقوط الحر هي نفسها أساسًا صيغة الحركة الخطية بتسارع منتظم المذكورة أعلاه، مع تعديلها لتناسب ظروف السقوط الحر. إذا تم تحويل الصيغ الثلاث المذكورة أعلاه إلى صيغة السقوط الحر، فستصبح v.t = gt، h = ½ gt2فيt2 = 2 gh، حيث vt = السرعة النهائية، g = تسارع الجاذبية، t = الفترة الزمنية، h = الارتفاع أو المسافة المقطوعة في الاتجاه الرأسي.
في هذه التجربة، يتم حساب تسارع الجاذبية باستخدام إحدى معادلات حركة السقوط الحر، وهي h = ½ gt2لا يمكن استخدام الصيغتين الأخريين لأن السرعة النهائية (v) في هذه التجربةtلا يمكن قياس الأجسام. لحساب مقدار تسارع الجاذبية، يتم تغيير الصيغة إلى g = 2 h / t2.
الخطوات التجريبية :
1. قم بقياس الارتفاع الذي سيسقط عنده الجسم سقوطًا حرًا، ثم أدخله في جدول البيانات وقم بتحليل البيانات، رقم 1.
2. أسقط الجسم وقم بقياس الفترة الزمنية اللازمة لسقوط الجسم بحرية، ثم أدخلها في جدول البيانات وقم بتحليل البيانات، رقم 1.
3. احسب مقدار تسارع الجاذبية باستخدام الصيغة g = 2 h / t2ثم أدخل نتائج الحساب في جدول البيانات وتحليل البيانات، رقم 1.
4. كرر الخطوات من 1 إلى 3، ثم أدخل النتائج في جدول البيانات وقم بتحليل البيانات، الرقمين 2 و3.
٥. احسب متوسط تسارع الجاذبية الأرضية. إذا تكررت التجربة ثلاث مرات، فستحصل على ثلاث قيم لتسارع الجاذبية الأرضية. اجمع القيم الثلاث واقسم الناتج على ثلاثة. سجل النتائج في جدول.
البيانات وتحليل البيانات :
| لا | الارتفاع (بالمتر) | الفاصل الزمني (بالثواني) | التسارع الناتج عن الجاذبية (م/ث²)2) * |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| متوسط | |||
* قم بتضمين عملية الحساب في هذا القسم
خاتمةن:
اذكر استنتاجك بناءً على النتائج التجريبية التي حصلت عليها، مع الإشارة إلى أهداف التجربة والأساس النظري. أسئلة إرشادية:
– ما مقدار التسارع الناتج عن الجاذبية الذي حصلت عليه من خلال التجربة؟
هل مقدار تسارع الجاذبية الأرضية يساوي أو يقارب 9,8 م/ث²؟2 ?
- إذا كانت قيمة تسارع الجاذبية التي حصلت عليها مختلفة تمامًا عن 9,8 م/ث²2ما هي الأشياء التي تؤثر عليه؟
