Experiment met zwaartekrachtversnelling

Instructies voor het experiment met zwaartekrachtversnelling

Doelstellingen van het experiment :

Aan de hand van de resultaten van het experiment kunnen leerlingen de grootte van de zwaartekrachtversnelling bepalen.

Gereedschap en materialen :

– Stopwatch
– Kleine steentjes (je kunt ook andere voorwerpen gebruiken)
– Liniaal of meetinstrument voor lengte

Basistheorie :

Zwaartekrachtversnelling

De zwaartekrachtversnelling is de versnelling die een object ondervindt wanneer het vrij valt vanaf een bepaalde hoogte naar het aardoppervlak. Op basis van experimenten uitgevoerd door natuurkundigen is de grootte van de zwaartekrachtversnelling van de aarde 9,8 m/s² ^. Dit is een gemiddelde waarde. De grootte van de zwaartekrachtversnelling op verschillende plaatsen kan afwijken van 9,8 m/s² ^{. Om berekeningen te vereenvoudigen, wordt} de waarde van 9,8 m/s² soms afgerond naar 10 m/s² ^. De richting van de zwaartekrachtversnelling is naar het middelpunt van de aarde gericht, oftewel loodrecht op het aardoppervlak.

De vrije val en de relatie daarvan tot de zwaartekrachtversnelling.

Vrije val is de beweging van een object dat vanaf een bepaalde hoogte naar de grond valt zonder beginsnelheid, waarbij het object een constante zwaartekrachtversnelling van 9,8 m/s² ondervindt ^. Versnelling is een vectorgrootheid en heeft dus zowel een grootte als een richting. De grootte van de zwaartekrachtversnelling van 9,8 m/s² ^betekent dat de snelheid van het object elke seconde met 9,8 m/s toeneemt. Na 2 seconden vrije val is de snelheid van het object toegenomen tot 19,6 m/s, enzovoort. De richting van de zwaartekrachtversnelling is naar het middelpunt van de aarde gericht.

De snelheid van elk vrijvallend object neemt constant toe; daarom is vrije val een voorbeeld van eenparig versnelde lineaire beweging. Er zijn drie afgeleide formules voor eenparig versnelde lineaire beweging die gebruikt worden om fysische grootheden te berekenen die verband houden met eenparig versnelde lineaire beweging, zoals afstand, begin- en eindsnelheid, tijdsinterval en versnelling. De drie formules zijn: v _t = v _o + at, s = v _o t + ½ at ² , v _t ² = v _o ² + 2 as, waarbij v _t = eindsnelheid, v _o = beginsnelheid, a = versnelling van het object, t = tijdsinterval, s = afgelegde afstand en v _o = beginsnelheid.

Vrije val is een voorbeeld van eenparig versnelde lineaire beweging. De formule die voor vrije val wordt gebruikt, is daarom in principe dezelfde als de formule voor eenparig versnelde lineaire beweging hierboven, maar dan aangepast aan de situatie en omstandigheden van vrije val. De drie bovenstaande formules veranderen in v als ze worden omgezet naar een formule voor vrije val._t = gt, h = ½ gt²in_t² = 2 gh, waarbij v_t = eindsnelheid, g = zwaartekrachtversnelling, t = tijdsinterval, h = hoogte of afgelegde afstand in verticale richting.
In dit experiment wordt de zwaartekrachtversnelling berekend met behulp van een van de formules voor vrije val, namelijk h = ½ gt²De andere twee formules kunnen niet worden gebruikt omdat in dit experiment de eindsnelheid (v)_t) objecten kunnen niet worden gemeten. Om de grootte van de zwaartekrachtversnelling te berekenen, wordt de formule gewijzigd in g = 2 h / t².

Experimentele stappen :

1. Meet de hoogte vanwaar het object vrij kan vallen, voer deze waarde in de gegevenstabel in en analyseer de gegevens (nummer 1).
2. Laat het object vallen en meet de tijdsduur dat het object vrij valt. Voer deze tijd vervolgens in de gegevenstabel in en analyseer de gegevens (punt 1).
3. Bereken de grootte van de zwaartekrachtversnelling met behulp van de formule g = 2 h / t²Voer vervolgens de berekeningsresultaten in de gegevenstabel en data-analyse in, nummer 1.
4. Herhaal stap 1 tot en met 3 en voer de resultaten vervolgens in de gegevenstabel en de gegevensanalyse in, nummers 2 en 3.
5. Bereken de gemiddelde zwaartekrachtversnelling. Als het experiment drie keer wordt herhaald, krijg je drie waarden voor de zwaartekrachtversnelling. Tel de drie waarden bij elkaar op en deel door drie. Noteer je resultaten in een tabel.

Gegevens en data-analyse :

* Beschrijf het berekeningsproces in dit gedeelte.

Conclusien:

Formuleer uw conclusie op basis van de verkregen experimentele resultaten, met verwijzing naar de experimentele doelstellingen en de theoretische basis. Leidende vragen:
– Hoeveel zwaartekrachtversnelling heb je tijdens het experiment verkregen?
Is de grootte van de zwaartekrachtversnelling gelijk aan of ongeveer gelijk aan 9,8 m/s²?² ?
– Als de grootte van de zwaartekrachtversnelling die je verkrijgt sterk afwijkt van 9,8 m/s²²Welke factoren hebben daar invloed op?