Экспериментальная часть

Упражнение 1. Теоретический расчет ускорения свободного падения. (Выполняется дома при подготовке к лабораторному занятию.)

1. Покажите, что систему отсчета, связанную с Землей, при анализе свободного падения тела можно приближенно считать инерциальной. С этой целью рассчитайте значение силы тяготения (), максимальное значение центробежной силы инерции () и значение силы тяжести (). Оцените в процентном отношении максимальное отличие значений силы тяготения и силы тяжести (). Расчеты проведите при следующих значениях физических параметров:G = 6,67∙10^-11 м³/(кг∙с²),= 1,00 кг,= 5,98·10²⁴кг,= 6,37·10⁶м,= 7,27·10^–5рад/с.

2. Рассчитайте в соответствии с формулой (6) ускорение свободного падения. Результат запишите, сохранив три значащие цифры.

3. Ответьте письменно, аргументировано и кратко на следующие вопросы:

• можно ли считать движение спутника Земли по круговой орбите его свободным падением в поле тяготения Земли?

•  почему расстояние между спутником и Землей при его движении по орбите остается неизменным?

•  является ли движение спутника Земли по круговой орбите равноускоренным?

Упражнение 2. Экспериментальное определение ускорения свободного паденияgпри движении тела с начальной скоростью, равной нулю.

Верхний фотодатчик установите так, чтобы миллисекундомер включался сразу после начала движения шарика. Для этого следует:

1) закрутить винт 2(см. рис.3) по часовой стрелке до упора;

2) установить верхний фотодатчик так, чтобы тень от шарика касалась его верхнего края;

3) нажать кнопку ″Сброс ″;

4. вращая винт 2, плавно опускать шарик до тех пор, пока не включится миллисекундомер;

5. слегка повернуть винт в обратную сторону;

6. нажать кнопку ″Сброс″;

7) если миллисекундомер не выключился, повторить пп. 4 и 5.

Если иравны нулю, то уравнение (12) принимает вид:

.

Перемещая нижний фотодатчик, снимите зависимость отt(должно принимать значения от 10 до 50 см).По результатам измерений постройте график зависимостиоти по угловому коэффициенту полученной прямой определите ускорение свободного падения

Рекомендуется снять не менее пяти значений зависимости от , а погрешность принять равной половине диаметра фотодатчика (±1,5 мм).

Упражнение 3. Экспериментальное определение ускорения свободного падения и начальной скорости тела.

1. Измерьте времена пролета шарика между двумя фотодатчиками, положения которых указаны в таблице.

Каждый студент выполняет измерения индивидуально в соответствии с выбранным вариантом. Положения верхнего и нижнего фотодатчиков отсчитываются от нижней точки шарика, удерживаемого электромагнитом, до центров фотодатчиков. Погрешность установки фотодатчика при использовании линейки с миллиметровыми делениями принять равной половине диаметра фотодатчика (±1,5 мм).

Условия проведения эксперимента по изучению свободного падения тел

Вариант	Положение верхнего фотодатчика , см	Положение нижнего фотодатчика , см
1	3	8	13	18	23	28	33	38	43	48
2	2	7	12	17	22	27	32	37	42	47
3	1	6	11	16	21	26	31	36	41	46

2. Рассчитайте среднюю скорость движения шарика и ее погрешность для каждого положения нижнего фотодатчика.

3. В системе координат ″средняя скорость - время″ (″-″) нанесите найденные значения средней скорости, соответствующие определенным значениям времени пролета, и отложите погрешности в виде отрезков прямых.

4. С учетом того, что теория предполагает линейную зависимость между и(13), выясните, возможна ли линейная аппроксимация результатов измерений. При положительном ответе в пределах поля ошибок проведите прямые с наибольшим и наименьшим наклонами. В противном случае эксперимент выполните заново. Найдите среднее значение коэффициента наклона прямых и его погрешность. Затем рассчитайте среднее значение и погрешность ускорения свободного падения. Сравните экспериментально полученное значение ускорения свободного падения с теоретическим, найденным при выполнении упражнения 1.

5. Экстраполируя прямые до пересечения их с осью при, найдите значения начальной скорости шарика и ее погрешности.

6. Покажите, что в условиях нашей задачи для нахождения начальной скорости может быть использована формула . Применив эту формулу, найдите значение начальной скорости шарика и сравните его со значением, полученным при выполнении п. 5 данного упражнения.