Πείραμα βαρυτικής επιτάχυνσης

Οδηγίες για το πείραμα βαρυτικής επιτάχυνσης

Στόχοι του πειράματος :

– Οι μαθητές μπορούν να βρουν το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος.

Εργαλεία και υλικά :

– Χρονόμετρο
– Μικρές πέτρες (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και άλλα αντικείμενα)
– Χάρακας ή εργαλείο μέτρησης μήκους

Βασική θεωρία :

Ενταση βαρύτητος

Η βαρυτική επιτάχυνση είναι η επιτάχυνση που βιώνει ένα αντικείμενο που πέφτει ελεύθερα από ένα ορισμένο ύψος προς την επιφάνεια της Γης. Με βάση πειράματα που διεξήχθησαν από φυσικούς, το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης της Γης είναι 9,8 m/s2 ^. Αυτή είναι μια μέση τιμή. Το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης σε πολλά διαφορετικά σημεία μπορεί να μην είναι ακριβώς το ίδιο με 9,8 m/s2 ^. Για την απλοποίηση των υπολογισμών, μερικές φορές η τιμή της βαρυτικής επιτάχυνσης των 9,8 m/s2 ^{στρογγυλοποιείται} στα 10 m/s2 ^. Η κατεύθυνση της βαρυτικής επιτάχυνσης είναι προς το κέντρο της Γης ή κάθετη στην επιφάνεια του εδάφους.

Ελεύθερη πτώση και η σχέση της με την βαρυτική επιτάχυνση

Η κίνηση ελεύθερης πτώσης είναι η κίνηση ενός αντικειμένου που πέφτει από ένα ορισμένο ύψος προς την επιφάνεια του εδάφους χωρίς αρχική ταχύτητα και το αντικείμενο παρουσιάζει μια σταθερή βαρυτική επιτάχυνση 9,8 m/s2 ^. Η επιτάχυνση είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, επομένως έχει τόσο μέγεθος όσο και κατεύθυνση. Το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης 9,8 m/s2 ^{σημαίνει} ότι η ταχύτητα του αντικειμένου αυξάνεται κατά 9,8 m/s κάθε 1 δευτερόλεπτο. Μετά από ελεύθερη πτώση για 2 δευτερόλεπτα, η ταχύτητα του αντικειμένου αυξάνεται στα 19,6 m/s. Και ούτω καθεξής. Η κατεύθυνση της βαρυτικής επιτάχυνσης είναι προς το κέντρο της γης.

Η ταχύτητα οποιουδήποτε αντικειμένου που πέφτει ελεύθερα αυξάνεται τακτικά, επομένως η κίνηση ελεύθερης πτώσης είναι ένα παράδειγμα ομοιόμορφα επιταχυνόμενης γραμμικής κίνησης. Υπάρχουν τρεις παράγωγοι τύποι ομοιόμορφα επιταχυνόμενης γραμμικής κίνησης που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό φυσικών μεγεθών που σχετίζονται με την ομοιόμορφη γραμμική κίνηση, όπως η απόσταση, η αρχική και η τελική ταχύτητα, το χρονικό διάστημα και η επιτάχυνση. Οι τρεις τύποι είναι: v _t = vo ₊ at, s = v _o t + ½ at ² , v _t ² = v _o ² + 2 as, όπου v _t = τελική ταχύτητα, v _o = αρχική ταχύτητα, a = επιτάχυνση του αντικειμένου, t = χρονικό διάστημα, s = διανυθείσα απόσταση, v _o = αρχική ταχύτητα.

Η ελεύθερη πτώση είναι ένα παράδειγμα ομοιόμορφα επιταχυνόμενης γραμμικής κίνησης, επομένως ο τύπος που χρησιμοποιείται στην ελεύθερη πτώση είναι βασικά ο ίδιος με τον τύπο για την ομοιόμορφα επιταχυνόμενη γραμμική κίνηση παραπάνω και προσαρμόζεται στην κατάσταση και τις συνθήκες της ελεύθερης πτώσης. Οι τρεις παραπάνω τύποι, εάν μετατραπούν σε τύπο ελεύθερης πτώσης, θα αλλάξουν σε v._t = gt, h = ½ gt²σε_t² = 2 gh, όπου v_t = τελική ταχύτητα, g = βαρυτική επιτάχυνση, t = χρονικό διάστημα, h = ύψος ή διανυθείσα απόσταση στην κατακόρυφη κατεύθυνση.
Σε αυτό το πείραμα, η βαρυτική επιτάχυνση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας έναν από τους τύπους κίνησης ελεύθερης πτώσης, δηλαδή h = ½ gt²Οι άλλοι δύο τύποι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν επειδή σε αυτό το πείραμα η τελική ταχύτητα (v_t) τα αντικείμενα δεν μπορούν να μετρηθούν. Για να υπολογιστεί το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης, ο τύπος αλλάζει σε g = 2 ώρες / t².

Πειραματικά βήματα :

1. Μετρήστε το ύψος στο οποίο το αντικείμενο θα πέσει ελεύθερα, στη συνέχεια εισαγάγετέ το στον πίνακα δεδομένων και αναλύστε τα δεδομένα, αριθμός 1.
2. Ρίξτε το αντικείμενο και μετρήστε το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί για να πέσει ελεύθερα, στη συνέχεια εισαγάγετέ το στον πίνακα δεδομένων και αναλύστε τα δεδομένα, αριθμός 1.
3. Υπολογίστε το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης χρησιμοποιώντας τον τύπο g = 2 h / t²και, στη συνέχεια, εισαγάγετε τα αποτελέσματα των υπολογισμών στον πίνακα δεδομένων και την ανάλυση δεδομένων, αριθμός 1.
4. Επαναλάβετε τα βήματα 1 έως 3 και, στη συνέχεια, εισαγάγετε τα αποτελέσματα στον πίνακα δεδομένων και την ανάλυση δεδομένων, αριθμούς 2 και 3.
5. Υπολογίστε τη μέση βαρυτική επιτάχυνση. Εάν το πείραμα επαναληφθεί τρεις φορές, θα υπάρχουν τρεις τιμές βαρυτικής επιτάχυνσης. Προσθέστε τις τρεις τιμές μαζί και διαιρέστε με το τρία. Καταγράψτε τα αποτελέσματά σας σε έναν πίνακα.

Δεδομένα και ανάλυση δεδομένων :

* Συμπεριλάβετε τη διαδικασία υπολογισμού σε αυτήν την ενότητα

Σύναψην:

Διατυπώστε το συμπέρασμά σας με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα που λάβατε, αναφερόμενοι στους πειραματικούς στόχους και τη θεωρητική βάση. Κατευθυντήριες ερωτήσεις:
– Πόση βαρυτική επιτάχυνση αποκτήσατε μέσω του πειράματος;
– Είναι το μέγεθος της επιτάχυνσης λόγω βαρύτητας ίσο ή κοντά σε 9,8 m/s;² ?
– Εάν το μέγεθος της βαρυτικής επιτάχυνσης που λαμβάνετε είναι πολύ διαφορετικό από 9,8 m/s², ποια πράγματα το επηρεάζουν;