Tilraun með þyngdarhröðun

Leiðbeiningar fyrir tilraunina með þyngdarhröðun

Tilgangur tilraunarinnar :

– Nemendur geta fundið út stærð þyngdarhröðunarinnar út frá niðurstöðum tilraunarinnar.

Verkfæri og efni :

– Stöðvuklukka
– Smásteinar (þú getur notað aðra hluti)
– Reglustika eða mælitæki til að mæla lengd

Grunnkenning :

Þyngdarhröðun

Þyngdarhröðun er sú hröðun sem hlutur upplifir þegar hann fellur frjálslega úr ákveðinni hæð að yfirborði jarðar. Samkvæmt tilraunum eðlisfræðinga er þyngdarhröðun jarðar 9,8 m/s.²Þetta er meðaltal. Þyngdarhröðunin á mismunandi stöðum er hugsanlega ekki nákvæmlega 9,8 m/s.²Til að auðvelda útreikning spurninganna er gildi þyngdarhröðunarinnar stundum 9,8 m/s.² þetta er námundað í 10 m/s²Þyngdaraflshröðunin er í átt að miðju jarðar eða hornrétt á yfirborð jarðar.

Frjálst fall og tengsl þess við þyngdarhröðun

Frjálst fall er þegar hlutur fellur úr ákveðinni hæð að yfirborði jarðar án upphafshraða og hluturinn upplifir stöðuga þyngdarhröðun upp á 9,8 m/s.²Hröðun er vigurstærð, þannig að hún hefur bæði stærð og stefnu. Stærð þyngdarhröðunarinnar er 9,8 m/s.² Þetta þýðir að hraði hlutarins eykst um 9,8 m/s á hverri sekúndu. Eftir að hafa fallið frjálst í 2 sekúndur eykst hraði hlutarins í 19,6 m/s. Og svo framvegis. Þyngdaraflshröðunin er í átt að miðju jarðar.

Hraði hlutar í frjálsu falli eykst reglulega, þess vegna er frjálst fall dæmi um jafnt hraðaða línulega hreyfingu. Það eru þrjár afleiddar formúlur fyrir jafnt hraðaða línulega hreyfingu sem eru notaðar til að reikna út eðlisfræðilegar stærðir sem tengjast jafnri línulegri hreyfingu, svo sem vegalengd, upphafs- og lokahraða, tímabil og hröðun. Þessar þrjár formúlur eru: v_t = v_o + við, s = v_o t + ½ við²í_t² = v_o² + 2 þar sem v_t = lokahraði, v_o = upphafshraði, a = hröðun hlutarins, t = tímabil, s = vegalengd, v_o = upphafshraði.

Frjálst fall er dæmi um jafnt hraðaða línulega hreyfingu, þess vegna er formúlan sem notuð er í frjálsu falli í grundvallaratriðum sú sama og formúlan fyrir jafnt hraðaða línulega hreyfingu hér að ofan, og er aðlöguð að aðstæðum og skilyrðum frjálss falls. Ef þessar þrjár formúlur hér að ofan eru breyttar í formúlu fyrir frjálst fall, munu þær breytast í v._t = gt, h = ½ gt²í_t² = 2 gh, þar sem v_t = lokahraði, g = þyngdarhröðun, t = tímabil, h = hæð eða vegalengd sem farin er lóðrétt.
Í þessari tilraun er þyngdarhröðun reiknuð út með einni af formúlunum fyrir frjálst fall, þ.e. klst = ½ gt²Hinar tvær formúlurnar er ekki hægt að nota því í þessari tilraun er lokahraðinn (v_t) ekki er hægt að mæla hluti. Til að reikna út stærð þyngdarhröðunarinnar er formúlunni breytt í g = 2 klst. / t².

Tilraunaskref :

1. Mældu hæðina sem hluturinn mun falla frjálslega niður í, sláðu hana síðan inn í gagnatöfluna og greindu gögnin, númer 1.
2. Láttu hlutinn falla og mældu tímann sem það tekur hlutinn að falla frjálst, sláðu það síðan inn í gagnatöfluna og greindu gögnin, númer 1.
3. Reiknaðu stærð þyngdarhröðunarinnar með formúlunni g = 2 klst / t², sláið síðan inn niðurstöður útreikningsins í gagnatöfluna og gagnagreininguna, númer 1.
4. Endurtakið skref 1 til 3 og færið síðan niðurstöðurnar inn í gagnatöfluna og gagnagreininguna, númer 2 og 3.
5. Reiknið út meðalþyngdarhröðunina. Ef tilraunin er endurtekin þrisvar sinnum, þá verða þrjú gildi þyngdarhröðunarinnar. Leggið þessi þrjú gildi saman og deilið með þremur. Skráið niðurstöðurnar í töflu.

Gögn og gagnagreining :

* Takið með útreikningsferlið í þessum hluta

Niðurstaðan:

Settu fram niðurstöðu þína út frá tilraunaniðurstöðunum sem þú fékkst, með vísan til tilraunamarkmiða og fræðilegs grunns. Leiðbeinandi spurningar:
– Hversu mikla þyngdarhröðun fékkstu í tilrauninni?
– Er stærð þyngdarhröðunarinnar jöfn eða nálægt 9,8 m/s² ?
– Ef stærð þyngdarhröðunarinnar sem þú færð er mjög frábrugðin 9,8 m/s², hvaða hlutir hafa áhrif á það?