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:

t_ср = (t₁ + t₂ + t₃)/3 =

8. По формуле (1) расcчитать g для каждого опыта.

g₁ =

g₂ =

g₃ =

9. Найти среднее значение:

g_ср = (g₁ + g₂ + g₃) / 3 =

10. Вычислить абсолютные ошибки отдельных значений g:

D g₁ = ï g₁ – g_ср ï=

D g₂ = ï g₂ – g_ср ï =

D g₃ = ï g₃ – g_ср ï =

11. Найти среднюю абсолютную погрешность измерения:

D g_ср = (Dg₁ + Dg₂ + Dg₃) / 3 =

12. Найти относительную погрешность измерения:

d g = (D g_ср / g_ср) 100 % =

13. Записать результат в виде g = (g_ср± D g_ср):

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