3.2.2. Описание установки

Установка для проведения опыта состоит из рейки 1 длиной 1.5 м с делениями. Вдоль рейки может перемещаться ползунок с электромагнитом 2. Электромагнит служит для удержания металлического тела. В нижней части рейки имеется платформа и рубильник 3, автоматически (при ударе шарика) выключающий секундомер 4. Устанавливая электромагнит на различную высоту вдоль рейки (рис. 10) можно изменять высоту падения h шарика. Таким образом, определяя время падения шарика с различных высот, можно опытным путем найти ускорение свободного падения g.

Рис. 10. Схема установки

1. Приборы и принадлежности

• Экспериментальная установка – 1 шт.

• Набор шаров разного диаметра – 3 шт.

• Набор тел одинакового объема и разной массы – 2 шт.

4. Порядок выполнения работы

1. Включить электросекундомер в сеть.

2. Нажать на секундомере кнопки «СЕТЬ» и «УСТ0».

3. Установить электромагнит на некоторой высоте h от платформы и прикрепить к нему тело. Нажимая «КОНТР» измерить время падения t груза.

4. Повторить измерения 5 раз для различных тел и значений высоты падения h. Результаты измерений занести в таблицу 11.

Таблица 11. Определение ускорения силы тяжести

№ тела	№ п/п	h, м	t, с	, с	g, м/с2	, м/с2	g, м/с2	, %
1	1
	2
	3
	4
	5
…
5	1
	2
	3
	4
	5

5. Обработка результатов измерения

1. По полученным результатам измерения вычислить среднее время падения для каждого тела и определить ускорение свободного падения g по формуле

.

2. Поскольку при определении ускорения свободного падения меняется как высота, так и время падения, то для определения погрешности измерения используется метод наименьших квадратов. Для этого необходимо вычислить значения величин ht² и t⁴ для каждого измерения и записать в таблицу 12, а затем найти среднее значение ускорения свободного падения по формуле

.

Таблица 12. Оценка погрешности ускорения свободного падения

№ п/п	t, c	h, м	t2	ht2	t4
1
…
5
	–	–	–

3. Вычислить среднеквадратичную ошибку среднего арифметического используя данные из таблицы 12 по формуле

4. Найти абсолютную погрешность по формуле

,

где коэффициент Стьюдента для надежностии числа измеренийвзять из таблицы 29.

5. Окончательный результат записать в виде

при ,.

6. Построить графики зависимости , и нанести на этом графике экспериментальные точки.

6. Контрольные вопросы

1. Какое движение называется свободным падением?

2. Что называется ускорением? Что называется мгновенным ускорением?

3. Почему при движении тела по окружности возникает центростремительное ускорение?

4. Почему ускорение свободного падения не одинаково в различных точках земной поверхности?

5. Почему два небольших диска одинакового диаметра (картонный и металлический) падают в воздухе с различными скоростями?

6. Зависит ли g от размера и массы тела?

7. Почему ускорение, соответствующее движению Земли по орбите значительно меньше ускорения, связанного с суточным вращением.

8. Почему при течении рек в северном полушарии слева образуется более пологий берег, а справа – резкий обрыв и глубина? В чем причина возникновения такого явления?

9. Вывести формулу зависимости ускорения свободного падения от высоты.

10. Чем отличается сила тяжести от силы гравитационного притяжения земли?