Лабораторные работы. Механика / Физика. Мех. ЛР. Измерение ускорения свободного падения на машине атвуда

Приборы и принадлежности: электромагнит, электронный блок с источником питания, компьютер.

Цель работы: определение ускорения свободного падения.

ХОД РАБОТЫ:

1. Включим компьютер и запустим программу «Секундомер». На экране появится стартовое окно программы. Нажмём кнопку ПУСК, после чего появится новое окно. Введём в окно фамилии и инициалы. Нажмём Ok, вызвав основное окно программы.

2. Установим электромагнит на расстоянии 50 см от воронки с контактами. Закрепим его в этом положении. Поднесём к магниту шарик. Запишем значение высоты в окно редактирования Высота. Нажмём кнопку Старт. Питание магнита автоматически отключится, и шарик упадёт в воронку, замкнув контакты. Время падения отобразится в окошке справа. Передвинем магнит в новое положение, установив высоту h = 80–90 см. Запишем в окошке Высота это новое значение высоты h. Повторим опыт, обеспечив сначала необходимую точность. Проделаем последующие опыты, каждый раз увеличивая высоту на 30–40 см.

3. Когда все ячейки таблицы будут заполнены, активизируется кнопка График. Нажав её, мы увидим в правой части рабочего окна программы, там, где был портрет Г. Галилея, график На этом графике будут изображены точки с координатами и прямая, проведённая по этим точкам.

Рис. 1

4. По наклону графика определим величину ускорения свободного падения g.

;

;

;

;

.

5. Для оценки погрешности определения g необходимо найти погрешность в определении углового коэффициента наклона графика. Эта погрешность определяется главным образом погрешностью измерения времени. Из-за этой погрешности полученные экспериментальные точки не лежат точно на прямой, а слегка отклоняются от неё в ту или другую сторону. Если провести через точки, сильнее всего отклоняющиеся от прямой, параллельные ей прямые, то величина смещения этих прямых в горизонтальном направлении может служить оценкой погрешности измерения величины х в нашем эксперименте. В пределах полосы, ограниченной этими прямыми можно провести две прямые: одну с наибольшим возможным наклоном, другую – с наименьшим (штрихпунктирные прямые). Наклоны этих прямых определят максимальное и минимальное значения величины g. Если обозначить их через и , то в качестве погрешности g можно взять половину их разности:

;

;

;

6. Все построения для определения погрешности ускорения описанным методом выполним непосредственно на распечатанном графике (рис. 1).

ВЫВОД:

В данной лабораторной работе мы экспериментальным путём определили ускорение свободного падения методом свободного падения стального шарика. В ходе эксперимента было установлено значение, приближённо равное действительному ускорению свободного падения. g = 10,183 ± 0,3125 м/.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какими процессами может определяться наличие погрешности измерения времени, если таймер компьютера работает с точностью 0,001 с? Иными словами, откуда при такой точности измерения времени может появиться ошибка?

Не совершенство приборов измерения и случайными погрешностями.

2. Надо ли учитывать сопротивление воздуха при падении шарика? При падении с какой высоты сила сопротивления воздуха будет играть роль? Надо ли было Галилею учитывать силу сопротивления воздуха, если он производил свои опыты, бросая тела с Пизанской башни, высота которой порядка 50 м?

Надо, при незначительных высотах не учитывается, надо, так как сопротивление воздуха зависит от формы размеров веса из сечения тела.

3. Как влияют на результаты определения g на машине Атвуда сила трения и инерция блока?

Чем больше сила трения и инерции блока тем больше погрешности измерений g.

4. Что нужно делать для уменьшения влияния сил трения и инерционности блока – уменьшать или увеличивать массу перегрузка m₁?

Уменьшить массу перегрузка, так как чем меньше скорость тем меньше ошибка измерений.

5. Как оценить пределы, в которых должна находиться масса перегрузка m₁, с тем, чтобы точность измерения была наибольшая?

Очень трудно оценить.