Законы свободного падения

Цель работы: определить ускорение свободного падения, проверить правильность зависимости пути от времени при равноускоренном движении.

В условиях небольших расстояний от поверхности Земли силу тяготения можно считать постоянной. Поэтому свободно падаю­щее тело в ноле тяготения должно двигаться равноускоренно.

При небольших высотах падение стального шарика диаметром 2-3 см можно, считать свободным, т.к. в этом случае можно сопротивлением воздуха пренебречь. В таком случае падение шарика будет происходить по законам, равноускоренного движения:

где Н - высота падения шарика,

t — время падения шарика

отсюда

g=2H/t²

Рисунок 11

Установка рис (11) для изучения свободного падения тел состоит из вертикальной штанги со шкалой. По штанге перемещаются две обоймы. К верхней обойме приклеен электромагнит М, удерживающий металлический шарик, а к нижней - ловушка с контактной заслонкой. Время пробега от момента отрыва от электромагнита до прохода через контактную заслонку t измеряется электронным секундомером. Электрическая схема представлена на рис 12. В том случае, когда переключатели П₁ и П₂ замкнуты, ток будет идти через обмотку электромагнита М и сопротивление R₁. Размыкая П₁, мы выключаем электромагнит и включаем секундомер. Перед проведением измерения устанавливают секундомер в нулевое положение, замыкают переключатели П₁ и П₂, подносят стальной шарик к магниту М, выключают П₁ и, после падения шарика записывают время, отсчитывая его по секундомеру.

Рис.12

Упражнение 1.

Определите ускорение свободного падения для определенного расстояния (Н= 100см). Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Таблица

№ опыта	Время падения	Среднее время t (c)	Df(c)	Dfcp(c)	g(M/C2)	g(M/C2)	e, %
1.
2.
3.
4.
5.

Упражнение 2

Измерьте время падения стального шарика в зависимости от расстояния и постройте график, откладывая по оси абцисс t², а по оси ординат Н - высоту падения. Если измерения проведены аккуратно, то экспериментальные точки на графике будут достаточно хорошо укладываться на прямую, проходящую через начало координат.

Определите по тангенсу угла наклона этой прямой ускорение свободного падения и сравните его со значением, полученным в задании 1.

Результаты измерений занесите в таблицу.

Таблица

Н(см)	t(c)	tcp2(c)2	tcp(c)	Н(см)	t(c)	tcp(c)	tcp(c2)
	1. 2.				1. 2.
	3.				3.
	1.				1.
	2.				2.
	3.				3.
	1.				1.
	2.				2.
	3.;				3.

Контрольные вопросы.

1. Какое движение называется свободным падением?

2. Почему ускорение свободного падения различно в разных точках земной поверхности?

3. Выведите формулу, выражающую зависимость ускорения свободного падения от|высоты над поверхностью земли.

4. Почему два небольших диска одинакового диаметра (картонный и металлический) падают в воздухе с различными скоростями?

5. Как убедиться на опыте, что ускорение g не зависит от формы и массы тела?

6. Выведите формулу, выражающую зависимость ускорения g от глубины

шахты.

7. Сформулируйте закон всемирного тяготения. Каков физический смысл гравитационной постоянной?

8. Что такое напряженность и потенциалполя тяготения? Запишите выражение этих величин для случая, когда поле создается материальной точкой.

9. Какие поля называются однородными, а какие — центральными? Приведите примеры однородных и центральных полей тяготения.