Pokyny pre experiment s gravitačným zrýchlením
Účel experimentu :
– Študenti môžu na základe výsledkov experimentu zistiť veľkosť gravitačného zrýchlenia.
Nástroje a materiály :
– Stopky
– Malé kamene (môžete použiť aj iné predmety)
– Pravítko alebo meradlo na dĺžku
Základná teória :
Gravitačné zrýchlenie
Gravitačné zrýchlenie je zrýchlenie, ktoré pociťuje objekt voľne padajúci z určitej výšky smerom k zemskému povrchu. Na základe experimentov vykonaných fyzikmi je veľkosť gravitačného zrýchlenia Zeme 9,8 m/s.2Toto je priemerná hodnota. Zrýchlenie v dôsledku gravitácie na rôznych miestach nemusí byť presne 9,8 m/s.2Pre uľahčenie výpočtu v otázkach je niekedy hodnota gravitačného zrýchlenia 9,8 m/s.2 toto sa zaokrúhľuje na 10 m/s2Smer gravitačného zrýchlenia je smerom k stredu Zeme alebo kolmý na povrch zeme.
Voľný pád a jeho vzťah k gravitačnému zrýchleniu
Voľný pád je pohyb objektu padajúceho z určitej výšky smerom k povrchu zeme bez počiatočnej rýchlosti, pričom objekt zažíva konštantné gravitačné zrýchlenie 9,8 m/s.2Zrýchlenie je vektorová veličina, takže má veľkosť aj smer. Veľkosť zrýchlenia v dôsledku gravitácie je 9,8 m/s2 To znamená, že rýchlosť objektu sa zvyšuje o 9,8 m/s každú sekundu. Po 2 sekundách voľného pádu sa rýchlosť objektu zvýši na 19,6 m/s. A tak ďalej. Smer gravitačného zrýchlenia je smerom k stredu Zeme.
Rýchlosť akéhokoľvek objektu pri voľnom páde sa pravidelne zvyšuje, preto je voľný pád príkladom rovnomerne zrýchleného lineárneho pohybu. Existujú tri odvodené vzorce pre rovnomerne zrýchlený lineárny pohyb, ktoré sa používajú na výpočet fyzikálnych veličín súvisiacich s rovnomerným lineárnym pohybom, ako je vzdialenosť, počiatočná a konečná rýchlosť, časový interval a zrýchlenie. Tieto tri vzorce sú: vt = vo + v, s = vo t + ½ pri2, vt2 = vo2 + 2 ako, kde vt = konečná rýchlosť, vo = počiatočná rýchlosť, a = zrýchlenie objektu, t = časový interval, s = prejdená vzdialenosť, vo = počiatočná rýchlosť.
Voľný pád je príkladom rovnomerne zrýchleného lineárneho pohybu, preto je vzorec použitý pri voľnom páde v podstate rovnaký ako vzorec pre rovnomerne zrýchlený lineárny pohyb uvedený vyššie, ale je upravený podľa situácie a podmienok voľného pádu. Tri vyššie uvedené vzorce, ak sa prevedú na vzorec pre voľný pád, sa zmenia na v.t = gt, h = ½ gt2, vt2 = 2gh, kde vt = konečná rýchlosť, g = gravitačné zrýchlenie, t = časový interval, h = výška alebo prejdená vzdialenosť vo vertikálnom smere.
V tomto experimente sa gravitačné zrýchlenie vypočíta pomocou jedného zo vzorcov pre voľný pád, a to h = ½ gt2. Ostatné dva vzorce nemožno použiť, pretože v tomto experimente konečná rýchlosť (vt) objekty nemožno merať. Na výpočet veľkosti gravitačného zrýchlenia sa vzorec zmení na g = 2h / t2.
Experimentálne kroky :
1. Zmerajte výšku, z ktorej bude predmet voľne padať, potom ju zadajte do tabuľky údajov a analyzujte údaje, číslo 1.
2. Pustite predmet a zmerajte časový interval, počas ktorého predmet voľne spadne, potom ho zadajte do tabuľky údajov a analyzujte údaje, číslo 1.
3. Vypočítajte veľkosť gravitačného zrýchlenia pomocou vzorca g = 2h / t2, potom zadajte výsledky výpočtu do tabuľky údajov a analýzy údajov, číslo 1.
4. Zopakujte kroky 1 až 3 a potom zadajte výsledky do tabuľky údajov a analýzy údajov, čísla 2 a 3.
5. Vypočítajte priemerné gravitačné zrýchlenie. Ak experiment zopakujete trikrát, získate tri hodnoty gravitačného zrýchlenia. Sčítajte tri hodnoty a vydeľte tromi. Výsledky zaznamenajte do tabuľky.
Dáta a analýza dát :
| Nie | Výška (metre) | Časový interval (sekundy) | Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (m/s2) * |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| Priemerný | |||
* V tejto časti uveďte proces výpočtu
Závern:
Na základe získaných experimentálnych výsledkov uveďte svoj záver s odkazom na experimentálne ciele a teoretický základ. Vodiace otázky:
– Aké veľké gravitačné zrýchlenie ste dosiahli počas experimentu?
– Je veľkosť zrýchlenia v dôsledku gravitácie rovná alebo blízka 9,8 m/s?2 ?
– Ak sa veľkosť získaného gravitačného zrýchlenia veľmi líši od 9,8 m/s2, aké veci to ovplyvňujú?
