آزمایش شتاب گرانشی

دستورالعمل آزمایش شتاب گرانشی

اهداف آزمایش :

– دانش‌آموزان می‌توانند بر اساس نتایج آزمایش، بزرگی شتاب گرانشی را محاسبه کنند.

ابزار و مواد :

– کرونومتر
– سنگ‌های کوچک (می‌توانید از اشیاء دیگر استفاده کنید)
- خط‌کش یا ابزار اندازه‌گیری طول

نظریه پایه :

شتاب گرانش

شتاب گرانشی، شتابی است که یک جسم هنگام سقوط آزاد از ارتفاع مشخصی به سمت سطح زمین تجربه می‌کند. بر اساس آزمایش‌های انجام شده توسط فیزیکدانان، بزرگی شتاب گرانشی زمین ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه است ^. این یک مقدار میانگین است. بزرگی شتاب گرانشی در چندین مکان مختلف ممکن است دقیقاً برابر با ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه نباشد ^. برای ساده‌سازی محاسبات، گاهی اوقات مقدار شتاب گرانشی ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه به ۱۰ متر بر مجذور ثانیه گرد ^{می‌شود .} جهت شتاب گرانشی به سمت مرکز زمین یا عمود بر سطح زمین است.

حرکت سقوط آزاد و رابطه آن با شتاب گرانشی

حرکت سقوط آزاد، حرکت جسمی است که از ارتفاع مشخصی به سمت سطح زمین بدون سرعت اولیه سقوط می‌کند و جسم شتاب گرانشی ثابت ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه را تجربه می‌کند ^. شتاب یک کمیت برداری است، بنابراین هم مقدار و هم جهت دارد. مقدار شتاب گرانشی ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه ^{به این معنی است} که سرعت جسم هر ۱ ثانیه ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه افزایش می‌یابد. پس از سقوط آزاد به مدت ۲ ثانیه، سرعت جسم به ۱۹.۶ متر بر مجذور ثانیه افزایش می‌یابد. و به همین ترتیب. جهت شتاب گرانشی به سمت مرکز زمین است.

سرعت هر جسم در حال سقوط آزاد به طور منظم افزایش می‌یابد، بنابراین حرکت سقوط آزاد نمونه‌ای از حرکت خطی با شتاب یکنواخت است. سه فرمول مشتق از حرکت خطی با شتاب یکنواخت وجود دارد که برای محاسبه کمیت‌های فیزیکی مربوط به حرکت خطی یکنواخت، مانند مسافت، سرعت اولیه و نهایی، بازه زمانی و شتاب استفاده می‌شوند. این سه فرمول عبارتند از: v _t = v _o + at، s = v _o t + ½ at ² ، v _t ² = v _o ² + 2 as، که در آن v _t = سرعت نهایی، v _o = سرعت اولیه، a = شتاب جسم، t = بازه زمانی، s = مسافت طی شده، v _o = سرعت اولیه.

سقوط آزاد نمونه‌ای از حرکت خطی با شتاب یکنواخت است، بنابراین فرمول مورد استفاده در سقوط آزاد اساساً همان فرمول حرکت خطی با شتاب یکنواخت فوق است و با توجه به موقعیت و شرایط سقوط آزاد تنظیم می‌شود. سه فرمول فوق، اگر به فرمول سقوط آزاد تبدیل شوند، به v تغییر خواهند کرد._t = gt، h = ½ gt²به_t² = ۲ gh، که در آن v_t = سرعت نهایی، g = شتاب گرانشی، t = بازه زمانی، h = ارتفاع یا مسافت طی شده در جهت عمودی.
در این آزمایش، شتاب گرانشی با استفاده از یکی از فرمول‌های حرکت سقوط آزاد، یعنی ساعت = ½ گرم²دو فرمول دیگر قابل استفاده نیستند زیرا در این آزمایش سرعت نهایی (v)_t) اشیاء قابل اندازه‌گیری نیستند. برای محاسبه بزرگی شتاب گرانشی، فرمول به صورت زیر تغییر می‌کند گرم = 2 ساعت بر تن².

مراحل آزمایش :

۱. ارتفاعی را که جسم آزادانه سقوط خواهد کرد، اندازه بگیرید، سپس آن را در جدول داده‌ها وارد کنید و داده‌ها را تجزیه و تحلیل کنید، شماره ۱.
۲. جسم را رها کنید و فاصله زمانی سقوط آزاد جسم را اندازه بگیرید، سپس آن را در جدول داده‌ها وارد کنید و داده‌ها را تجزیه و تحلیل کنید، شماره ۱.
۳. بزرگی شتاب گرانشی را با استفاده از فرمول g = 2 h / t محاسبه کنید.²، سپس نتایج محاسبات را در جدول داده‌ها و تحلیل داده‌ها، شماره ۱، وارد کنید.
۴. مراحل ۱ تا ۳ را تکرار کنید، سپس نتایج را در جدول داده‌ها و تحلیل داده‌ها، شماره‌های ۲ و ۳، وارد کنید.
۵. شتاب گرانشی متوسط ​​را محاسبه کنید. اگر آزمایش سه بار تکرار شود، سه مقدار شتاب گرانشی وجود خواهد داشت. سه مقدار را با هم جمع کرده و بر سه تقسیم کنید. نتایج خود را در یک جدول ثبت کنید.

داده‌ها و تحلیل داده‌ها :

* مراحل محاسبه را در این بخش قرار دهید

نتیجه‌گیریn:

نتیجه‌گیری خود را بر اساس نتایج تجربی که به دست آورده‌اید، با اشاره به اهداف تجربی و مبانی نظری بیان کنید. سوالات راهنما:
– از طریق آزمایش چقدر شتاب گرانشی به دست آوردید؟
– آیا بزرگی شتاب گرانش برابر یا نزدیک به ۹.۸ متر بر ثانیه است؟² ?
– اگر بزرگی شتاب گرانشی که به دست می‌آورید با ۹.۸ متر بر ثانیه بسیار متفاوت باشد²، چه چیزهایی بر آن تأثیر می‌گذارند؟