82 - Απλό εκκρεμές και μάζα

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 …