گ)

نام آزمایش :

سقوط آزاد

تاریخ انجام آزمایش :

13/12/86

اعضای گروه :

مونا شاپورگان

شادی موحدبشیری

فرزانه محمدپورباقری

وسایل لازم :

1. پایهA بزرگ (با محور قلاویزشده)

2. ستون دستگاه سقوط آزاد

3. گیره استوانه ای با میله تخت

4. نگهدارنده گلوله

5. زمان سنج سقوط آزاد-حرکت پرتابه (باسیم)

6. احساسگر ضربه ای (با سیم)

7. سبد فلزی

8. سیم رابط میکروسوئیچ (سه سر)

9. گلوله فولادی کوچک

10. گلوله فولادی بزرگ

11. خط کش

12. شاخص خط کش (2 عدد)

شرح آزمایش

دستگاه را طبق دستور آماده می کنیم. محورفنررا کمی فشار داده تا نگهدارنده گلوله تنگ تر شود.سپس پیچ نگهدارنده را می بندیم، طوری که مرکز گلوله درامتداد محورترمینال باشد، آن را بین تیغه و ترمینال الکتریکی قرار می دهیم.

سبد را طوری که گلوله درامتداد محورقائم سبد قرار گیرد،می گذاریم . فیش احساسگر را به ترمینال PLATE و فیش نگهدارند را به ترمینال MICROSWITCH وصل می کنیم. دستگاه نگهدارنده را به گونه ای تنظیم می کنیم که فاصله مرکز گلوله ازصفحه احساسگر(m) 4/0 شود. دو شاخه زمان سنج را به برق شهر زده و آن را روشن می کنیم. دکمه RESET را فشار داده تا عدد صفر روی صفحه نمایشگر دیده شود.سپس گلوله را رها می کنیم. از این لحظه تا هنگامی که گلوله با صفحه احساسگر برخورد کند، زمان سنج زمان را می شمارد.این زمان را که زمان سقوط است برابر (t) قرار داده و یادداشت می کنیم.همین آزمایش را 4 مرتبه دیگر تکرار کرده و هربار t را یادداشت می کنیم.درهر بار آزمایش باید دکمه RESET زده شود. سپس آزمایش را در ارتفاع های 6.0 ، 8.0 ، 1 و 2.1 متر انجام داده و جدول زیر را پر می کنیم.

برای گلوله ی کوچک

h(m)
t1 t2 t3 t4 t5 tavg t²avg

g= 2h /t² avg توضیح

0.40

0.60
0.273

0.349
0.281

0.345
0.281

0.350
0.281

0.348
0.281

0.348
0.279

0.348
0.077841

0.121104
10.277

9.908
با افزایش ارتفاع

0.80

0.404
0.402
0.405
0.403
0.403
0.403
0.162409
9.851 مشاهده می کنیم

1.00

0.473

0.438

0.446

0.439

0.453

0.449

0.201601

9.920 که g

1.20

0.497

0.495

0.498

0.503

0.496

0.497

0.247009

9.716 کاهش می یابد

tavg = t1+ t2 + t3 + t4+ t5 / 5

tavg = 0.273 + 4 * 0.281 = 0.279

t²avg = 0.077841

g = 2 * 0.4 / 0.077841 g = 10.277 (N / m)

برای گلوله ی بزرگ

h(m)
t1 t2 t3 t4 t5 tavg t²avg
g= 2h / t² avg توضیح

0.40

0.60
0.278

0.345
0.278

0.346
0.282

0.343
0.278

0.348
0.279

0.345
0.279

0.345
0.077

0.119
10.38

10.084

0.80
0.398 0.400 0.399 0.401 0.390 0.397 0.158 10.12

1.00

0.452
0.460
0.445
0.443
0.442
0.448
0.201
9.950

1.20

0.479

0.485

0.482

0.494

0.483

0.484

0.234

10.25

tavg = t1+ t2 + t3 + t4+ t5 / 5

tavg = 0.28 + 4 * 0.27 = 0.279

t²avg = 0.077

g = 2 * 0.4 / 0.077 g = 10.38 (N / m)

با توجه به نتایج حاصل به پرسش های زیر پاسخ دهید. الف- آیا شتاب ثقل (g) ثابت است؟

خیر ثابت نیست و در ارتفاعات مختلف متفاوت است . همانطورکه در جدول اول مشاهده می شود با افزایش ارتفاع مقدار g کاهش می یابد .

ب- آیا شتاب ثقل دو جسم مختلف ثابت است یا متفاوت؟

اگر در ارتفاع یکسان قرار گرفته باشند و میزان خطا را نیز در نظر نگیریم ، ثابت است .

پ- درباره خطاهای اندازه گیری و اثر آنها در اندازه گیری g بحث کنید.

یک خطای مطرح در اندازه گیری شتاب در این آزمایش می تواند ناشی از خظا در تنظیم ارتفاع دستگاه باشد . می دانیم مقدار g از رابطه g = 2h /t² avg بدست می آید . بنابراین اگر در ارتفاع خطا داشته باشیم ، مقدار g متفاوت خواهد بود (با افزایش ارتفاع g افزایش می یابد ) و اهمینطور با تغییر زمان سقوط ، مثلا اگر دستگاه خطا داشته باشد و زمان را بیشتر از آنچه است نشان دهد ، مقدار g کاهش می یابد .

ت- نمودار تغییرات t-h تا چه حدی خطی است؟

ث- با انتخاب چه روش هایی می توان میزان خطا را کاهش داد؟

ج- شکل و اندازه جسم سقوط کننده چه تاثیری در اندازه گیری g دارد؟

به نظر می رسد که هرچه جسم سطح مقطع کمتری هنگام سقوط نسبت به هوا داشته باشد (کروی باشد) زمان سقوط آن کمتر و بنابراین مقدار g با توجه به رابطه

g = 2h / t² avg نسبت به اجسام با اشکال دیگر بزرگتر خواهد بود .