Изучение законов равноускоренного движения
| Цель: определение ускорения свободного падения. |
| Оборудование: машина Атвуда, электронный счетчик-секундомер, стальной шарик. |
Движение тела под действием только силы тяжести называется свободным падением. Сила тяжести у поверхности Земли определяется формулой:
F = G m M/R2 ,
где G = 6,67×10-11 Н×м2 / кг2 — гравитационная постоянная; m — масса тела; M — масса Земли; R — радиус Земли.
По второму закону Ньютона эта сила сообщает телу ускорение свободного падения:
g = F/m = G M / R2.
Из формулы видно, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела.
|
Экспериментальная установка изображена на рисунке.
В исходном состоянии стальной шарик 4 удерживается электромагнитом 3, счетчик-секундомер не запущен. Тумблером 2 отключается питание электромагнита и шарик начинает свободно падать.
При пересечении шариком первого фотодатчика 5 происходит запуск счетчика-секундомера и начинается отсчет времени. Когда шарик пересечет второй фотодатчик 6, секундомер остановится. Оба фотодатчика перемещаются по масштабной линейке 1 машины Атвуда.
Ускорение свободного падения можно рассчитать по формуле:
(1)
где t ¾ время пролета шарика между датчиками.
Порядок выполнения работы
1. Установить фотодатчики на заданных преподавателем расстояниях Н1 и Н2.
Н1 = Н2 =
2. Включить счетчик-секундомер, нажав кнопку «Сеть» на его передней панели. Нажать кнопку «Стоп», затем «Сброс», все остальные кнопки должны быть отжаты. После этих действий счетчик-секундомер готов к работе (на индикаторе высвечиваются нули).
3. Установить тумблер 2 в верхнее положение и подвесить стальной шарик к острию электромагнита.
4. Переключить тумблер в нижнее положение, обесточить электромагнит и сделать отсчет времени по индикаторному табло секундомера (три разряда табло слева направо: единицы, десятые, сотые доли секунды).
5. Записать результат измерения в таблицу.
| Номер опыта | Н1, м | Н2, м | t1, с | t2, с | t3, с | tср, с | g,м/с2 | D g,м/с2 |
6. Нажать кнопку «Сброс» и переключить тумблер 2 в верхнее положение, после этого прибор готов к повторному измерению.
7. Опыт проводить 3 раза для каждой пары значений Н1 и Н2. Среднее значение времени определять по формуле:
tср = (t1 + t2 + t3)/3 =
8. По формуле (1) расcчитать g для каждого опыта.
g1 =
g2 =
g3 =
9. Найти среднее значение:
gср = (g1 + g2 + g3) / 3 =
10. Вычислить абсолютные ошибки отдельных значений g:
D g1 = ï g1 – gср ï=
D g2 = ï g2 – gср ï =
D g3 = ï g3 – gср ï =
11. Найти среднюю абсолютную погрешность измерения:
D gср = (Dg1 + Dg2 + Dg3) / 3 =
12. Найти относительную погрешность измерения:
d g = (D gср / gср) 100 % =
13. Записать результат в виде g = (gср± D gср):
g = (± )м/с2.
Контрольные вопросы
1. Что такое ускорение? Единица ускорения в СИ.
2. Сформулировать закон всемирного тяготения.
3. Что называется свободным падением тела?
4. Показать, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела.
5. Какие измерения в данной работе являются прямыми, косвенными?
Лабораторная работа 1 – 3