הוראות לניסוי תאוצה כבידתית
מטרת הניסוי :
– תלמידים יכולים לגלות את גודל תאוצת הכבידה על סמך תוצאות הניסוי.
כלים וחומרים :
– שעון עצר
אבנים קטנות (אפשר להשתמש בחפצים אחרים)
- סרגל או כלי מדידה לאורכו
תיאוריה בסיסית :
תאוצת הכבידה
תאוצת כבידה היא התאוצה שחווה גוף הנופל בחופשיות מגובה מסוים לעבר פני כדור הארץ. בהתבסס על ניסויים שערכו פיזיקאים, גודל תאוצת הכבידה של כדור הארץ הוא 9,8 מטר לשנייה.2זהו ערך ממוצע. ייתכן שתאוצת הכבידה במקומות שונים אינה בדיוק 9,8 מטר/שנייה.2כדי להקל על חישוב השאלות, לפעמים ערך התאוצה הכבידתית הוא 9,8 מטר/שנייה.2 זה מעוגל ל-10 מטר/שנייה2כיוון תאוצת הכבידה הוא לכיוון מרכז כדור הארץ או בניצב לפני השטח של הקרקע.
תנועת נפילה חופשית והקשר שלה לתאוצה כבידתית
נפילה חופשית היא תנועה של גוף הנופל מגובה מסוים לעבר פני הקרקע ללא מהירות התחלתית, כאשר הגוף חווה תאוצה כבידה קבועה של 9,8 מטר לשנייה.2תאוצה היא גודל וקטורי, ולכן יש לה גם גודל וגם כיוון. גודל התאוצה עקב כוח הכבידה הוא 9,8 מטר לשנייה.2 משמעות הדבר היא שמהירות העצם עולה ב-9,8 מטר/שנייה בכל שנייה. לאחר נפילה חופשית במשך 2 שניות, מהירות העצם עולה ל-19,6 מטר/שנייה. וכן הלאה. כיוון תאוצת הכבידה הוא לכיוון מרכז כדור הארץ.
מהירותו של כל עצם הנמצא בנפילה חופשית עולה באופן קבוע, לכן נפילה חופשית היא דוגמה לתנועה לינארית מואצת באופן אחיד. ישנן שלוש נוסחאות נגזרות לתנועה לינארית מואצת באופן אחיד המשמשות לחישוב כמויות פיזיקליות הקשורות לתנועה לינארית אחידה, כגון מרחק, מהירות התחלתית וסופית, מרווח זמן ותאוצה. שלוש הנוסחאות הן: vt v vo + ב, s = vo t + ½ ב2, Vt2 v vo2 + 2 כ-, כאשר vt = מהירות סופית, vo = מהירות התחלתית, a = תאוצת העצם, t = מרווח זמן, s = מרחק שעבר, vo = מהירות התחלתית.
נפילה חופשית היא דוגמה לתנועה לינארית מואצת אחידה, לכן הנוסחה המשמשת בנפילה חופשית זהה בעיקרה לנוסחה לתנועה לינארית מואצת אחידה לעיל, והיא מותאמת למצב ולתנאים של נפילה חופשית. שלוש הנוסחאות לעיל, אם יומרו לנוסחת נפילה חופשית, ישתנו ל-v.t = gt, h = ½ gt2, Vt2 = 2 gh, כאשר vt = מהירות סופית, g = תאוצת כבידה, t = מרווח זמן, h = גובה או מרחק שעברו בכיוון האנכי.
בניסוי זה, תאוצה כבידתית מחושבת באמצעות אחת מנוסחאות תנועת הנפילה החופשית, כלומר שעה = ½ ג'ינט2לא ניתן להשתמש בשתי הנוסחאות האחרות מכיוון שבניסוי זה המהירות הסופית (vt) לא ניתן למדוד עצמים. כדי לחשב את גודל תאוצת הכבידה, הנוסחה משתנה ל g = 2 שעות / שעות2.
שלבים ניסיוניים :
1. מדדו את הגובה שבו החפץ ייפול בחופשיות, לאחר מכן הזינו אותו בטבלת הנתונים ונתחו את הנתונים, מספר 1.
2. הפיל את החפץ ומדוד את מרווח הזמן עד שהחפץ ייפול בחופשיות, לאחר מכן הזן אותו בטבלת הנתונים ונתח את הנתונים, מספר 1.
3. חשב את גודל התאוצה הכבידתית באמצעות הנוסחה g = 2 h / t2, לאחר מכן הזינו את תוצאות החישוב בטבלת הנתונים וניתוח הנתונים, מספר 1.
4. חזרו על שלבים 1 עד 3, לאחר מכן הזינו את התוצאות בטבלת הנתונים ובניתוח הנתונים, מספרים 2 ו-3.
5. חשב את תאוצת הכבידה הממוצעת. אם הניסוי יחזור על עצמו שלוש פעמים, יהיו שלושה ערכים של תאוצת כבידה. חבר את שלושת הערכים יחד וחלק בשלוש. רשמו את תוצאותיכם בטבלה.
נתונים וניתוח נתונים :
| לא | גובה (מטרים) | מרווח זמן (שניות) | תאוצה עקב כוח הכבידה (מטר/שנייה)2) * |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| מְמוּצָע | |||
* כלול את תהליך החישוב בסעיף זה
מַסְקָנָהn:
נסחו את מסקנתכם על סמך תוצאות הניסוי שקיבלת, תוך התייחסות למטרות הניסוי ולבסיס התיאורטי. שאלות מנחות:
– כמה תאוצה כבידתית השגת בניסוי?
האם גודל תאוצת הכבידה שווה או קרוב ל-9,8 מטר/שנייה?2 ?
– אם גודל התאוצה הכבידתית שאתה מקבל שונה מאוד מ-9,8 מטר/שנייה2, אילו דברים משפיעים על זה?
