Laisvojo kritimo pagreičio nustatymas N20

Ištrauka

P KŪNŲ LAISVOJO KRITIMO PAGREIČIO NUSTATYMAS Darbo užduotis. Nustatykite kūnų laisvojo kritimo pagreitį. Teorinio pasirengimo klausimai. Visuotinės traukos dėsnis. Kūno laisvasis kritimas ir jo pagreitis. Atsitiktinės ir sisteminės paklaidos. Teorinė dalis. Pagal visuotinės traukos dėsnį nuotoliu r nutolę du taškiniai masės m ir M kūnai traukia vienas kitą jėga 2 r Mm GF   ; (1) čia dydis G – gravitacijos konstanta. Ji apibrėžiama sąlygomis: jei m = M = 1 kg ir r = 1 m, tai F = G. Taigi gravitacijos konstanta skaitine verte lygi jėgai, kuria traukia vienas kitą du materialieji taškai, kurių kiekvieno masė lygi 1 kg ir kurie nutolę vienas nuo kito 1 m atstumu. (1) formulė tinka ir vienalyčiams rutuliams, tik tuomet r reikštų nuotolį tarp jų centrų. Kadangi Žemę galima laikyti spindulio Rž rutuliu, (1) formulę galima taikyti ir Žemės gravitacijos jėgai skaičiuoti. Šiuo atveju F  G m  M ž R ž  h 2 ; (2) čia Mž – Žemės masė, h – m masės kūno atstumas iki Žemės paviršiaus. Ši gravitacijos jėga nukreipta į Žemės centrą (1 pav.). Su Žeme susieta atskaitos sistema dėl jos sukimosi apie ašį, tiksliai imant, nėra inercinė ir joje masės m kūną veikia išcentrinė inercijos jėga ašiai. Jėgų geometrinė suma sin FFF   in F  , statmena sukimosi vadinama sunkiu. Kai kūnas krinta veikiamas tik sunkio jėgos, tokį kritimą vadiname laisvuoju. Kūnas krinta laisvai tik beorėje erdvėje. 1 pav. Pagal antrąjį Niutono dėsnį masės m kūnui sunkis s F  suteikia pagreitį mFg s   . Šį pagreitį vadiname kūno laisvojo kritimo pagreičiu. Kaip ir inF , g vertė įvairiose geografinėse platumose yra nevienoda. Eksperimentiškai nustatyta, jog dėl Žemės elipsoidiškumo ir sukimosi perkėlus kūną iš ašigalio į ekvatorių jo sunkis, taigi ir g, sumažėja 1/190 dalimi. Kadangi gravitacinės ir išcentrinės inercijos jėgos moduliams tinka nelygybė FF in , sunkį apytiksliai galima prilyginti gravitacijos jėgai. Tuomet   2 hR M G m F g ž ž   . (3) Taigi laisvojo kritimo pagreitis nepriklauso nuo krintančio kūno masės. Kai kūnas krinta iš labai mažo aukščio h, palyginti su Rž, tuomet 2 ž ž R M Gg (4) yra pastovus, ir kūnas juda tolygiai greitėdamas. Šitokį judėjimą aprašome kinematinėmis lygtimis: greičio tgv (5) nueito kelio 2 2 tg h . (6) F in Darbo aprašymas. Maketo bendras vaizdas pateiktas 2 paveiksle. 1. Įjungiame laikmatį 1. 2. Rutuliuką įstatome į jam skirtą viršutinį laikiklį 2. Rutuliuko gaudyklės 3 platforma turi būti pakilusi kampu. Tuo įsitikiname lengvai pastumdami liežuvėlį 4 į priekį. 3. Įsitikiname, kad laikmatis paruoštas darbui. Visi nustatymai turėtų atitikti pateiktus 3 paveiksle. 4. Laikmatis nunulinamas paspaudus mygtuką Reset (1 3pav.). 5. Paspaudžiame rutuliuko paleidimo mechanizmą 5. 6. Laikmačio ekrane indikuojamą trukmę pasižymime rezultatų lentelėje. 7. Bandymą kartojame dar 7-10 kartų. 8. Išmatavę rutuliuko kritimo laiką ti, pagal (6) kiekvienam atvejui apskaičiuojame laisvojo kritimo pagreitį gi, vidutinę jo vertę ir šio dydžio vidutinę kvadratinę jo paklaidą 2 pav. S n  . (7) Kai matavimų skaičius didelis (n >> 1),...