Απλό εκκρεμές και μάζα
Γουρζής Στάθης – Φυσικός Συνεργάτης ΕΚΦΕ Λευκάδος 2008 – 2012 Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών Νυδριού Λευκάδος
Τα πλαίσια είναι από τα βιβλία της Φυσικής της Γ΄ Γυμνασίου και της Β’ Λυκείου …
Στο εργαστήριο, για να μετρήσουμε την περίοδο του εκκρεμούς, θα χρησιμοποιήσουμε …
Το Multilog και την φωτοπύλη, μαζί με το αντίστοιχο καλώδιο …
Μια βάση στήριξης, ένα σφιγκτήρα, ένα σύνδεσμο και μια μικρή μεταλλική ράβδο …
… για να στερεώσουμε την φωτοπύλη …
Βάση στήριξης, μεγάλο σφιγκτήρα, μεταλλικές ράβδους, συνδέσμους και άγκιστρο …
… για να στερεώσουμε το εκκρεμές, σε ύψος πάνω από ένα μέτρο …
1m
… ώστε να γίνεται η αιώρηση του σώματος, μέσα από την φωτοπύλη …
Τοποθετούμε και στερεώνουμε πολύ καλά τον σφιγκτήρα …
… σφίγγουμε καλά τους συνδέσμους της προέκτασης …
… ενώ τοποθετούμε και την ράβδο με το άγκιστρο, στο πάνω μέρος της διάταξης …
θα χρησιμοποιήσουμε, ακόμα, τέσσερα σώματα με διαφορετική μάζα …
… και ψαλίδι με πετονιά, για να κατασκευάσουμε τα αντίστοιχα εκκρεμή …
Στερεώνουμε με κόλα την μια άκρη της πετονιάς …
… και μετράμε, τεντώνοντας και στερεώνοντας την πετονιά, μήκος εκκρεμούς 1 m …
To 1 μέτρο μήκος εκκρεμούς, το μετράμε περίπου, από το θεωρητικό κέντρο βάρους της σφαίρας…
1m
… κάνοντας το ίδιο, μήκος δηλαδή 1 m , για όλα τα σώματα που θα αιωρηθούν σε εκκρεμές …
Ζυγίζουμε, ακόμα, όλα τα σώματα, για να δείξουμε, και τυπικά , την διαφορά της μάζας …
Τοποθετούμε τις δύο διατάξεις, τις δύο βάσεις, σε τέτοια θέση, ώστε να μπορεί να εκτελείται η ταλάντωση και ταυτόχρονα να γίνονται και οι μετρήσεις …
Ανοίγουμε το MultiLog…
Συνδέουμε την φωτοπύλη με το Multilog…
Πατάμε «Port» και βλέπουμε στην οθόνη «Voltage» …
… και με το κουμπί «Range» βλέπουμε στην οθόνη «0 – 5 V» …
Ανοίγουμε το πρόγραμμα DB-Lab 3.2 …
… και από το μενού «Καταγραφέας», επιλέγουμε «Πίνακας ελέγχου» …
Στο μενού «Σημεία» επιλέγουμε «500» και στο «Ρυθμό», επιλέγουμε «25 μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο» …
Ξεκινάμε την ταλάντωση, προσέχοντας …
… την γωνία φ να έχει αρκετά μικρές τιμές …
Ξεκινάμε, τώρα, τις μετρήσεις …
… και το Multilog καταγράφει …
Από το μενού «Προβολή», επιλέγουμε «Κύλιση Γραφήματος»…
Για την αιώρηση της πλαστικής σφαίρας …
… αφού τοποθετήσουμε, με κλικ του ποντικιού, τους δείκτες …
… μετράμε την περίοδο Τ = 2.0 second …
Για την αιώρηση της σιδερένιας σφαίρας …
… μετράμε την περίοδο πάλι Τ = 2.0 second …
Για την αιώρηση της πρώτης μολυβένιας σφαίρας …
… μετράμε την περίοδο και πάλι Τ = 2.0 second …
… και για την αιώρηση της δεύτερης μολυβένιας σφαίρας …
… μετράμε την περίοδο και πάλι Τ = 2.0 second …
Διαπιστώνουμε ότι, παρά τις διαφορετικές μάζες, τα εκκρεμή μας, ταλαντεύονται με την ίδια, πάντα, περίοδο των Τ = 2 s …
Να συμπληρώσουμε εδώ ότι, από την μέτρηση της περιόδου Τ, μπορώ να υπολογίσω και την επιτάχυνση της βαρύτητας g …
T
2
l g
2
T 4
2
l g
g
4
2 2
l
Ο τύπος αυτός μας λέει, ότι αν γνωρίζουμε σε μια γραμμική αρμονική ταλάντωση το μήκος l και μετρήσουμε και την περίοδο Τ, μπορούμε να υπολογίσουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας g …
Γνωρίζουμε, βέβαια, ότι ο αριθμός π, έχει μια συγκεκριμένη τιμή και ίση με …
Μήκος εκκρεμούς
l
1
Αριθμός π
π
3,141592
Περίοδος
T
2
Επιτάχυνση της βαρύτητας
g
m
s
9,86960029 m/s2
Χρησιμοποιώντας το Excel, υπολογίζουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας, κοντά στο g = 9,8696 m/s2
Σφάλμα θεωρητική τιμής και πειραματικού αποτελέσματος :
Σ = 0,6 %
Τέλος πειράματος …