Painovoimakiihtyvyyden koe

Ohjeet painovoimakiihtyvyyskokeeseen

Kokeen tavoitteet :

– Oppilaat voivat selvittää painovoimakiihtyvyyden suuruuden kokeen tulosten perusteella.

Työkalut ja materiaalit :

– Sekuntikello
– Pieniä kiviä (voit käyttää muita esineitä)
– Viivain tai pituuden mittaustyökalu

Perusteoria :

Painovoiman kiihtyvyys

Painovoimakiihtyvyys on kiihtyvyys, jonka kappale kokee pudotessaan vapaasti tietyltä korkeudelta kohti maan pintaa. Fyysikkojen tekemien kokeiden perusteella Maan painovoimakiihtyvyyden suuruus on 9,8 m/s2 ^. Tämä on keskimääräinen arvo. Painovoimakiihtyvyyden suuruus useissa eri paikoissa ei välttämättä ole täsmälleen sama kuin 9,8 m/s2 ^. Laskelmien yksinkertaistamiseksi painovoimakiihtyvyyden arvo 9,8 m/s2 pyöristetään joskus ^arvoon 10 m/s2 ^. Painovoimakiihtyvyyden suunta on kohti Maan keskustaa tai kohtisuorassa maan pintaan nähden.

Vapaa pudotusliike ja sen suhde gravitaatiokiittyvyyteen

Vapaa pudotusliike on kappaleen liikettä, joka tapahtuu putoamalla tietyltä korkeudelta kohti maanpintaa ilman alkunopeutta ja kokemalla vakiona 9,8 m/s2:n painovoimakiihtyvyyden ^. Kiihtyvyys on vektorisuure, joten sillä on sekä suuruus että suunta. Painovoimakiihtyvyyden suuruus 9,8 m/s2 ^tarkoittaa , että kappaleen nopeus kasvaa 9,8 m/s joka sekunti. Kahden sekunnin vapaan pudotuksen jälkeen kappaleen nopeus kasvaa 19,6 m/s:iin. Ja niin edelleen. Painovoimakiihtyvyyden suunta on kohti maan keskipistettä.

Minkä tahansa vapaasti putoavan kappaleen nopeus kasvaa säännöllisesti, joten vapaa pudotusliike on esimerkki tasaisesti kiihtyvästä lineaarisesta liikkeestä. Tasaisesti kiihtyvästä lineaarisesta liikkeestä on kolme derivaattakaavaa, joita käytetään laskemaan tasaiseen lineaariseen liikkeeseen liittyviä fysikaalisia suureita, kuten etäisyys, alku- ja loppunopeus, aikaväli ja kiihtyvyys. Kolme kaavaa ovat: vt ₌ v0 ₊ at, s = vot ₊ ½ at ² , _vt2 = _{v02 +} ^2as , jossa vt ₌ ^loppunopeus , v0 ₌ alkunopeus, a = kappaleen kiihtyvyys, t = aikaväli, s = kuljettu matka ja v0 ₌ alkunopeus.

Vapaa pudotus on esimerkki tasaisesti kiihtyvästä lineaarisesta liikkeestä, joten vapaassa pudotuksessa käytetty kaava on pohjimmiltaan sama kuin yllä oleva tasaisesti kiihtyvän lineaarisen liikkeen kaava, ja sitä mukautetaan vapaan pudotuksen tilanteeseen ja olosuhteisiin. Jos kolme yllä olevaa kaavaa muunnetaan vapaan pudotuksen kaavaksi, ne muuttuvat muotoon v._t = gt, h = ½ gt²sisään_t² = 2 gh, jossa v_t = loppunopeus, g = gravitaatiokiihtyvyys, t = aikaväli, h = korkeus tai pystysuunnassa kuljettu matka.
Tässä kokeessa gravitaatiokiihtyvyys lasketaan käyttämällä yhtä vapaan pudotuksen liikekaavoista, nimittäin h = ½ gt²Kahta muuta kaavaa ei voida käyttää, koska tässä kokeessa loppunopeus (v_t) esineitä ei voida mitata. Painovoimakiihtyvyyden suuruuden laskemiseksi kaavaa muutetaan muotoon g = 2 h / t².

Kokeelliset vaiheet :

1. Mittaa korkeus, jolle esine putoaa vapaasti, syötä se sitten taulukkoon ja analysoi tiedot, numero 1.
2. Pudota esine ja mittaa aika, jonka kuluessa esine putoaa vapaasti. Syötä sitten arvo taulukkoon ja analysoi tiedot, numero 1.
3. Laske gravitaatiokiihtyvyyden suuruus kaavalla g = 2 h / t², syötä sitten laskutoimituksen tulokset datataulukkoon ja data-analyysiin, numero 1.
4. Toista vaiheet 1–3 ja syötä sitten tulokset datataulukkoon ja data-analyysiin, numerot 2 ja 3.
5. Laske keskimääräinen gravitaatiokiihtyvyys. Jos koe toistetaan kolme kertaa, gravitaatiokiihtyvyydelle on kolme arvoa. Laske kolme arvoa yhteen ja jaa kolmella. Kirjaa tuloksesi taulukkoon.

Data ja data-analyysi :

* Sisällytä laskentaprosessi tähän osioon

Johtopäätösn:

Esitä johtopäätöksesi saamiesi kokeellisten tulosten perusteella viitaten kokeellisiin tavoitteisiin ja teoreettiseen perustaan. Ohjaavat kysymykset:
– Kuinka suuren gravitaatiokiihtyvyyden sait kokeessa?
– Onko painovoimakiihtyvyyden suuruus yhtä suuri tai lähellä sitä?² ?
– Jos saamasi gravitaatiokiihtyvyyden suuruus on hyvin erilainen kuin 9,8 m/s², mitkä asiat siihen vaikuttavat?