какое применение на практике может иметь измерение ускорения свободного падения с помощью маятника
Лабораторная работа «Определение ускорения свободного падения при помощи маятника».
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Лабораторная работа №1 по физике на тему:
«Определение ускорения свободного падения при помощи маятника».
Часы с секундной стрелкой
Измерительная лента с погрешностью 
=0,5 см
Шарик с отверстием
Штатив с муфтой и кольцом
В 
работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен
Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период
И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле
Установить на краю стола штатив.
Измерить лентой длину l маятника.
Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.
Измерить в нескольких экспериментах время t 30 колебаний маятника и вычислить t ср :
Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерения времени и результаты занести в таблицу.
Вычислить ускорение свободного падения по формуле
Определить относительную погрешность измерения времени Ɛ t
Определить относительную погрешность измерения длины маятника Ɛ l
Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле
Определить 
и записать результат измерения.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Номер материала: ДБ-1565163
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
Российские школьники завоевали пять медалей на олимпиаде по физике
Время чтения: 1 минута
Путин попросил привлекать родителей к капремонту школ на всех этапах
Время чтения: 1 минута
Руководители управлений образования ДФО пройдут переобучение в Москве
Время чтения: 1 минута
В Тюменской области продлили на неделю дистанционный режим для школьников
Время чтения: 1 минута
Студентам вузов могут разрешить проходить практику у ИП
Время чтения: 1 минута
СК предложил обучать педагогов выявлять деструктивное поведение учащихся
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Лабораторная работа по физике «ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА».
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Липецкий колледж строительства, архитектуры и отраслевых технологий
«ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА».
Цель работы : вычислить ускорение свободного падения с помощью формулы для периода колебаний математического маятника.
Оборудование : часы с секундной стрелкой, измерительная лента (), нить, штатив, маятник, пластилин.
Колебательное движение широко распространено в природе.
Простейшим примером периодического движения служат колебания груза на конце пружины, качание маятника часов, переменный электрический ток и т.д.
При колебательном движении маятника изменяются координата его центра масс, в случае переменного тока колеблются напряжение и ток цепи.
Колебаниями называются движения и процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени.
Физическая природа колебаний может быть разной, поэтому различают колебания механические, электромагнитные и др.
Механические колебания – движения тел или частей тел, характеризующиеся определенной повторяемостью во времени.
Для того чтобы вычислить ускорение свободного падения необходимо использовать формулу для периода колебаний математического маятника:
Круговая частота математического маятника равна
а период колебаний (2) или (3)
Для этого необходимо измерить период колебания и длину подвеса маятника. Тогда из формулы (2) можно вычислить ускорение свободного падения :
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ :
1. Из пластилина изготовьте шарик любого диаметра. К нему прикрепите нить
2. Установите на краю стола штатив. Подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3 – 5 см от стола.
3. Измерьте длину подвеса мерной лентой.
4. Отклоните шарик на 5 – 8 см от положения равновесия и отпустите его.
5. Измерьте время 40 полных колебаний ( N ).
8. Вычислите значение по формуле:
9. Полученные результаты запишите в таблицу:
Решебник по физике за 9 класс Кикоин: решения задач, самое важное и лабораторные работы
Лабораторная работа № 8 «Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника».
Цель работы: вычислить ускорение свободного падения из формулы для периода колебаний математического маятника:
Для этого необходимо измерить период колебания и длину подвеса маятника. Тогда из формулы (1) можно вычислить ускорение свободного падения:
1) часы с секундной стрелкой;
2) измерительная лента (Δл = 0,5 см).
Материалы: 1) шарик с отверстием; 2) нить; 3) штатив с муфтой и кольцом.
Порядок выполнения работы
1. Установите на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 3—5 см от пола.
2. Отклоните маятник от положения равновесия на 5—8 см и отпустите его.
3. Измерьте длину подвеса мерной лентой.
4. Измерьте время Δt 40 полных колебаний (N).
5. Повторите измерения Δt (не изменяя условий опыта) и найдите среднее значение Δtср.
6. Вычислите среднее значение периода колебаний Tср по среднему значению Δtср.
7. Вычислите значение gcp по формуле:
8. Полученные результаты занесите в таблицу:
опыта
9. Сравните полученное среднее значение для gcp со значением g = 9,8 м/с 2 и рассчитайте относительную погрешность измерения по формуле:
Целью данной лабораторной работы является экспериментальное установление ускорения свободного падения с помощью маятника. Зная формулу периода колебания математического маятника Т =
можно выразить значение g через величины, доступные простому установлению путем эксперимента и рассчитать g с некоторой точностью. Выразим
где l — длина подвеса, а Т — период колебаний маятника. Период колебаний маятника Т легко определить, измерив время t, необходимое для совершения некоторого количества N полных колебаний маятника
Математическим маятником называют груз, подвешенный к тонкой нерастяжимой нити, размеры которого много меньше длины нити, а масса — много больше массы нити. Отклонение этого груза от вертикали происходит на бесконечно малый угол, а трение отсутствует. В реальных условиях формула
имеет приблизительный характер.
Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:
В лабораторных условиях для измерения с некоторой степенью точности можно использовать небольшой, но массивный металлический шарик, подвешенный на нити длиной 1-1,5 м (или большей, если есть возможность такой подвес разместить) и отклонять его на небольшой угол. Ход работы целиком понятен из описания ее в учебнике.
Средства измерения: секундомер (Δt = ±0,5 с); линейка или измерительная лента (Δl = ±0,5 см)
опыта
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»
или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru
Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО
Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?
Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇
Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»
Лабораторная работа по физике на тему: «Определение ускорения свободного падения при помощи маятника».
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Лабораторная работа по физике на тему:
«Определение ускорения свободного падения при помощи маятника».
Часы с секундной стрелкой
Измерительная лента с погрешностью 
=0,5 см
Шарик с отверстием
Штатив с муфтой и кольцом
В 
работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен
Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период
И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле
Установить на краю стола штатив.
Измерить лентой длину l маятника.
Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.
Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислить t ср :
Вычислить среднюю абсолютную погрешность измерения времени и результаты занести в таблицу.
Вычислить ускорение свободного падения по формуле
Определить относительную погрешность измерения длины маятника
Вычислить относительную погрешность измерения g по формуле
Определить 
и записать результат измерения.
Вывод: Получается, что ускорение свободного падения, измеренное при помощи маятника, приблизительно равно табличному ускорению свободного падения (g=9,81 м/с 2 ) при длине нити 1 метр.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Лабораторная работа по физике на тему:
«Определение ускорения свободного падения при помощи маятника».
В работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен
Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период
И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле
Вывод: Получается, что ускорение свободного падения, измеренное при помощи маятника, приблизительно равно табличному ускорению свободного падения (g=9,81 м/с 2 ) при длине нити 1 метр.
Исследовательская работа по физике ускорение свободного падения и способы его измерения
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Ветлужская средняя общеобразовательная школа
Секция: точные науки
«Ускорение свободного падения и способы его измерения»
Лобурев Иван, 9а класс, 15 лет
МАОУ Ветлужская СОШ,
Зорина Вероника, 9а класс, 15 лет
МАОУ Ветлужская СОШ
Бархоткина Ирина Павловна,
учитель физики и математики.
Глава 1: Ускорение свободного падения на поверхности Земли
§1. Исторические сведения об открытии свободного падения и методах его измерения;
§2. Как происходит падение тел вблизи поверхности Земли?
§3. Расчет ускорения свободного падения вблизи поверхности Земли.
§4. Для чего измеряют ускорение свободного падения
Глава 2: Методы измерения ускорения свободного падения
§1. Измерение ускорения свободного падения с помощью наклонной плоскости
§2. Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника
IV. Список использованных источников и литературы
При свободном падении все тела вблизи поверхности Земли независимо от их массы приобретают одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения. Ускорение свободного падения на Земле приблизительно равно g = 9,81м/с2.
В своей работе мы хотим исследовать ускорения свободного падения.
Мы рассмотрим историю открытия ускорения свободного падения, физическую сущность ускорения свободного падения, ускорение свободного падения в различных точках земного шара, приборы, используемые для измерения ускорения свободного падения. Во второй части будут рассмотрены различные способы измерения ускорения свободного падения.
Цель работы: Определение ускорения свободного падения различными способами.
Изучить литературу по данной теме.
Ознакомиться с историей открытия свободного падения.
Рассмотреть способы определения ускорения свободного падения.
Провести самостоятельные измерения ускорения свободного падения разными способами. Определить наиболее точные способы определения ускорения свободного падения.
Предмет исследования – методы измерения ускорения свободного падения.
В качестве гипотезы было выдвинуто предположение о том, что ускорение свободного падения является постоянной величиной.
Ускорение свободного падения на поверхности Земли.
Исторические сведения об открытии свободного падения и методах его измерения;
Долгое время считали, что Земля сообщает разным телам различные ускорения. Простые наблюдения как будто подтверждают это. Птичье перо или лист бумаги падают гораздо медленнее, чем камень. Вот почему со времен Аристотеля считалось незыблемым мнение, что ускорение, сообщаемое Землей телу, тем больше, чем тяжелее тело.
Только Галилею удалось опытным путем доказать, что в действительности это не так. Нужно учитывать сопротивление воздуха. Именно оно искажает картину свободного падения тел, которую можно было бы наблюдать в отсутствие земной атмосферы. Галилей писал: «. различие в скорости движения в воздухе шаров из золота, свинца, меди, порфира и других тяжелых материалов настолько незначительно, что шар из золота при свободном падении на расстоянии в одну сотню локтей наверняка опередил бы шар из меди не более чем на четыре пальца. Сделав это наблюдение, я пришел к заключению, что в среде, полностью лишенной всякого сопротивления, все тела падали бы с одинаковой скоростью». Существует легенда, будто Галилей проделал большой демонстрационный опыт, бросая легкие и тяжелые предметы с вершины Пизанской падающей башни (одни говорят, что он бросал стальные и деревянные шары, а другие утверждают, будто это были железные шары весом 0,5 и 50 кг). Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:
1. Все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью;
2. Движение происходит с «постоянным ускорением»; темп увеличения скорости тела не меняется, т.е. за каждую последующую секунду скорость тела возрастает на одну и ту же величину.
Галилей не только проверил опытом и отстаивал это утверждение, но и установил вид движения тела, падающего по вертикали: «. говорят, что естественное движение падающего тела непрерывно ускоряется. Однако, в каком отношении происходит, до сих пор не было указано; насколько я знаю, никто еще не доказал, что пространства, проходимые падающим телом в одинаковые промежутки времени, относятся между собою, как последовательные нечетные числа». Так Галилей установил признак равноускоренного движения:
Таким образом, можно предположить, что свободное падение есть равноускоренное движение. Так как для равноускоренного движения перемещение рассчитывается по формуле, то если взять три некоторые точки 1,2,3 через которые проходит тело при падении и записать: (ускорение при свободном падении для всех тел одинаково), получится, что отношение перемещений при равноускоренном движении равно:
Вскоре после Галилея были созданы воздушные насосы, которые позволили произвести эксперименты со свободным падением в вакууме. С этой целью Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и бросил сверху одновременно птичье перо и золотую монету. Даже столь сильно различающиеся по своей плотности тела падали с одинаковой скоростью. Именно этот опыт дал решающую проверку предположения Галилея.
В выводах Ньютона прослеживается мысль, что на Луне и на других планетах сила тяжести, воздействующая на одно и то же тело, будет неодинакова, зависит она напрямую от массы космического тела. Например, ускорение g на Луне в несколько раз меньше, чем на Земле. Таким образом, зная массу планеты, можно вычислить ускорение свободного падения тела на этой планете. Американские астронавты Ирвин и Скотт повторили опыт Галилея на Луне в августе 1971 года. В качестве объектов наблюдения были взяты молоток и соколиное перышко. Перо и молоток падали с одинаковым ускорением и находились в свободном падении 1,3 секунды. Этот очень эффектный «Опыт Галилея» наглядно продемонстрировал, что в безвоздушном пространстве предметы падают с одинаковой скоростью, независимо от их массы.
Как происходит падение тел вблизи поверхности Земли?
В реальных условиях из-за наличия силы трения о воздух механическая энергия тела частично переходит в тепловую. При наличии трения падающие тела имеют ускорение, равное g, только в начальный момент движения. По мере увеличения скорости ускорение уменьшается, движение тела стремится к равномерному.
Как ведут себя падающие тела в реальных условиях?
Возьмите небольшой диск из пластмассы, толстого картона или фанеры. Вырежьте из обычной бумаги диск такого же диаметра. Поднимите их, держа в разных руках, на одинаковую высоту и одновременно отпустите. Тяжелый диск упадет быстрее, чем легкий. На каждый диск действует при падении одновременно две силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. В начале падения равнодействующая силы тяжести и силы сопротивления воздуха будет больше у тела с большей массой и ускорение более тяжелого тела будет больше. По мере увеличения скорости тела сила сопротивления воздуха увеличивается и постепенно сравнивается по величине с силой тяжести, падающие тела начинают двигаться равномерно, но с разной скоростью ( у более тяжелого тела скорость выше). Аналогично движению падающего диска можно рассматривать движение падающего вниз парашютиста при прыжке с самолета с большой высоты.
Положите легкий бумажный диск на более тяжелый пластмассовый или фанерный, поднимите их на высоту и одновременно отпустите. В этом случае они будут падать одновременно. Здесь сопротивление воздуха действует только на тяжёлый нижний диск, а сила тяжести сообщает телам равные ускорения в независимости от их масс.
Расчет ускорения свободного падения вблизи поверхности Земли.
, (3)
Если применить эту формулу для вычисления гравитационного ускорения на поверхности Земли, мы получим
м/с²
Полученное значение приблизительно совпадает с ускорением свободного падения. Отличия обусловлены:
центростремительным ускорением в системе отсчёта, связанной с вращающейся Землёй;
неточностью формулы из-за того, что масса планеты распределена по объёму, который, кроме того, имеет не шарообразную форму;
неоднородностью Земли, что используется для поиска полезных ископаемых по гравитационным аномалиям;
Значение g было определено как «среднее» в каком-то смысле ускорение свободного падения на Земле, примерно равно ускорению свободного падения на широте 45,5° на уровне моря. Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты и варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах. Оно может быть вычислено по эмпирической формуле:
где φ — широта рассматриваемого места, h — высота над уровнем моря.
Сделаем рассчет ускорения свободного падения для нашего поселка.
Географические координаты Ветлужский, Нижегородская область, Россия
Высота над уровнем моря: 105 м
Для чего измеряют ускорение свободного падения
Дело в том, что измерение ускорения свободного падения в различных точках Земли является мощнейшим способом геологической разведки. Таким способом (без рытья шахт) можно определять наличие полезных ископаемых в толще земной коры. Первый способ: измерение 
при помощи пружинных весов (рис. 4). Они обладают феноменальной чувствительностью.
Рис. 4. Геологические весы
Второй способ: измерение при помощи математического маятника (груз, подвешенный на длинной нити). Оказывается, что период (время одного полного колебания) колебания такого маятника зависит от ускорения свободного падения.
Чем больше ускорение свободного падения, тем меньше период. То есть, измеряя период маятника в разных точках Земли, можно определить изменение ускорения свободного падения. Геологи используют очень точные маятники (рис. 5), которые позволяют измерять ускорение свободного падения с точностью до миллионных долей.
Рис. 5. Прибор с маятником для разведки полезных ископаемых
Что является нормой для величины ускорения свободного падения?
Как известно Земля имеет фору геоида (сплюснута у полюсов). Это значит, что значение ускорения свободного падания у полюсов больше чем на экваторе. Но на одной и той же географической широте ускорение свободного падения, при прочих равных условиях, должно быть одинаково. Измеряя в рамках одной широты ускорение свободного падения в разных точках, можно судит о наличии полезных ископаемых.
Представьте себе, что вы находитесь на широте Москвы. Допустим, норма ускорения свободного падения на этой широте равна 
. В рамках данной широты мы смещаемся западнее или севернее и замечаем, что изменилось, теперь оно равно 
.
Это означает, что мы наткнулись на место с залежами тяжелых ископаемых. Если же ускорение свободного падения уменьшилось, значит, там есть пустоты или залежи легких солей. Как правило, рядом с залежами легких солей находятся залежи нефти. Данный способ называется гравиметрической разведкой. Таким способом были обнаружены залежи нефти в Казахстане и Западной Сибири.
На рис. 6 изображены зоны, где ускорение свободного падения больше 
(красные области) или меньше (синие области).
Рис. 6. Области, где ускорение свободного падения отличается от
На Красной площади в Москве с помощью гравиметрической съёмки установили место, где раньше располагались фундаменты сооружений. Полагали, что фундаменты торговых рядов, на месте которых затем построили ГУМ, остались целиком под его зданием. Однако съёмка установила, что это не так: торговые ряды занимали также и часть современной Красной площади перед ГУМом. На карте, построенной по результатам этой съёмки, отчётливо выделяется местоположение одной из уже не существующих церквей «на валу» — над засыпанным рвом, окружавшим Кремль. На Боровицкой площади, примыкающей к Кремлю с юго-западной стороны, аномалии силы тяжести показали, что здесь находятся туннель метро и река Неглинка.
Иногда случались и казусы. Археологи обратили внимание на две аномалии силы тяжести на Боровицкой площади, там, где стоял храм Святого Николая Стрелецкого. Одна из этих аномалий действительно соответствует подклету (части фундамента) церкви, другая же оказалась просто колодцем линии связи.
В подвале одной из церквей Успенского монастыря в городе Александрове (Владимирская область) была обнаружена гравитационная аномалия. Это позволило предполагать, что под полом подвала существует некое небольшое сооружение. Когда же пол вскрыли, то выяснилось, что более двух веков назад в грунт очень плотно забили десятка полтора деревянных свай. Они полностью сгнили и оставили после себя вертикальные цилиндрические отверстия. На дне их осталась древесная труха, позволившая установить, что сваи были сосновые.
ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ
Измерение ускорения свободного падения с помощью наклонной плоскости
Оборудование: деревянный брусок, трибометр, штатив с муфтой и лапкой, электронный секундомер, динамометр, измерительная лента, линейка
При движении тела по наклонной плоскости на него действуют три сила тяжести, сила трения, сила нормальной реакции опоры (см. рис. 4).
Запишем второй закон Ньютона в векторном виде и в проекциях на оси координат.
Для определения коэффициента трения скольжения положим трибометр на горизонтальную поверхность и с помощью динамометра равномерно протащим по нему брусок. В этом случае на брусок будут действовать 4 силы: сила тяжести, сила упругости пружины динамометра, сила трения, сила реакции опоры (см. рис. 5).
Теперь можно вычислить ускорение свободного падения:
Измерение ускорения свободного падения при помощи математического маятника 
Математический маятник – это материальная точка, подвешенная на длинной, невесомой, нерастяжимой нити. В реальных условиях математическим маятником можно считать шар, подвешенный на нити при условии, что размеры шара много меньше длины нити, масса нити много меньше массы шара, растяжение нити шаром настолько мало, что им можно пренебречь.