3. Исследование свободного падения тел.
Цель:
доказать, что свободное падение является примером равноускоренного движения;
измерить ускорение свободного падения;
исследовать зависимость ускорения свободного падения от массы падающего тела.
Оборудование: машина Атвуда, электронный секундомер с комплектом приставок, выпрямитель В-24, весы с разновесами, металлические шарики разной массы.
Установка для опыта имеет вид, показанный на рис. 1. Перемещая пускатель, можно изменять высоту падения шарика. C помощью электромагнита металлический шарик удерживается на острие пускателя. Электронный секундомер измеряет время падения. При включении пускателя автоматически включается секундомер. Когда шарик падает на нижнюю защелку, она открывается и секундомер выключается. Для каждой высоты делается три опыта, в таблицу внесено среднее время падения.
Таблица 4
|
h, м |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
t, с |
0,14 |
0,21 |
0,26 |
0,29 |
0,32 |
0,35 |
Рис. 1
h, м
По данным опыта построим график зависимо-
сти высоты падения шарика от времени (см. рис. 2).
0,6 - • График представляет собой параболу, это значит,
что h=f(t2). Такая зависимость справедлива для
0,5 - • равноускоренного движения: x=x0+v0t+at2/2.
0,4 - •
Вывод:свободное падение – движение
0,3 - • равноускоренное.
0,2 - •
0,1 - •
0,26 0,32
0 ﺍ ﺍ ﺍ ﺍ ﺍ ﺍ t, с
0,14 0,21 0,29 0,35
Рис. 2
По данным проведенных
опытов вычислим ускорение свободного
падения. Так как в момент пуска скорость
шарика равна 0, то можно применить формулу
.
Выразим отсюда ускорение свободного
падения:
.
Таблица 5
|
h, м |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
|
t, с |
0,14 |
0,21 |
0,26 |
0,29 |
0,32 |
0,35 |
|
g, м/с2 |
10,2 |
9,1 |
8,9 |
9,5 |
9,8 |
9,8 |
По результатам шести опытов найдем среднее значение ускорения свободного падения:
Ускорение свободного падения =9,6 м/с2.
Исследуем зависимость ускорения свободного падения шарика от его массы. Для этого проведем опыты с шариками разной массы.
Таблица 6
|
№ опыта |
m, кг |
h, м |
t, с |
g, м/с2 |
|
1 |
0,016 |
0,6 |
0,38 |
10,2 |
|
2 |
0,032 |
0,6 |
0,38 |
10,2 |
Вывод: ускорение свободного падения не зависит от массы тела.