Измерение ускорения свободного падения (Отчет по лабораторной работе № 7)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Бамбуца Эльфрида Евгеньевна

ОТЧЕТ

О лабораторной работе № 7

«Измерение ускорения свободного падения»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 9352

Преподаватель измерительного практикума

_____________________А.Д.Косинов

«____________»_____________2009г.

Преподаватель компьютерного практикума

______________________А.В.Кихтенко

«_____________»____________2009г.

 Новосибирск, 2009г
1.Введение

При выполнении работы по измерению ускорения свободного падения  в НГУ на экспериментальной установке мы используем баллистический гравиметр. Он в отличие от струнных и маятниковых, применяются для абсолютных измерений ускорения свободного падения. Его принцип действия основан на измерении времени прохождения падающим телом (в нашем случае намагниченный стерженёк)нескольких точек, расстояние между которыми можно измерить. Чуть ниже показана методика и результаты измерений в данной  географической точке с указанием возможных погрешностей.

2. Описание методики эксперимента

Мы проводим серию измерений времени прохождения стерженька через направляющий цилиндр. С помощью осциллографа  синхронизированного с катушками, мы курсорами померим время прохождения стерженька от одной катушки  до другой. Число экспериментов не установлено, поэтому проводим их столько сколько потребуется для нахождения результата близкого к идеальному.

2.1 Методики  измерения

При падении тела A с некоторой высоты (рис. 1) для расчета времени его падения можно воспользоваться уравнением равноускоренного движения. Из него получается: , , где , , , =>

=> (1).

При S₁ = S₂ = S расчетная формула из (1) преобразуется в следующий вид: . В этом случае, проделав серию экспериментов для разных S, можно построить график зависимости 2S от T, где . По углу наклона можно определить ускорение g.

3.Описание установки

 

Измерение проводили на экспериментальной установки (рис.2) На стеклянном направляющем цилиндре (4) размещены 3 идентичные измерительные катушки, которые могут перемещаться вдоль цилиндра относительно друг друга. Катушки соединены последовательно и подключены к осциллографу (1). Выше расположен соленоид (6) удерживающий, удерживающий падающее тело (3) в том случае если ключ замкнут. При размыкании ключа (5) намагниченный стерженёк начинает падать. Проходя через измерительную катушку он за счёт электромагнитной индукции наводит в каждой измерительной катушке ЭДС, величина которой пропорциональна скорости изменения магнитного поля, а знак меняется на противоположный, когда "цент" стерженька пролетает через "центр" катушки. Осциллограф, соединенный с катушками оцифровывает импульсы и  выводит на экран характерный вид осциллограммы (Рис.3)

4. Результаты измерений

Была собрана установка, изображенная на рисунке 2, и произведены измерения, по наблюдаемой осциллограмме (рис. 3), времен пролета Δt₁ и Δt₂ между катушками при различных значениях S. Полученные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты  измерения времени пролета между катушками

№ S	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2
10	52	41	52	41	52	41	52	41	52	41	52	41	52	41	52	41	52	41	52	41
15	54	46	54	46	54	46	54	46	54	46	54	46	54	46	54	46	54	46	54	46
21	88	64	86	66	92	68	86	66	86	66	86	66	84	66	84	64	86	66	86	66
26	118	80	118	80	118	80	118	80	118	80	118	80	118	80	118	80	118	80	118	80
35	146	98	146	98	146	98	146	98	146	98	146	98	146	98	146	98	146	98	146	98

Примечание: S приведено в см, в столбцах со значениями времени обозначения: 1 –Δt₁, 2 – Δt₂ (в мс)

5.Анализ результатов

По данным результатам построена зависимость 2S от T, полученный график представлен на рисунке 4.

Угол наклона прямой, равный g, можно рассчитать по формуле: .

3.1Оценка погрешностей

Для времени ошибку будет вносить систематическая и случайная погрешности в каждой выборке, для высоты ошибку будет вносить только приборная погрешность, равная ± 0,5 см.

Тогда для g погрешность можно рассчитать по формуле: , где , , i – номер выборки, j – номер члена выборки.

6.Обсуждение полученных результатов

В результате проведения работы цель была достигнута – измерено ускорение свободного падения в НГУ. Его величина составила 9,6 ± 0,3 . Если сравнить её с общепринятой величиной g = 9.81 , то мы заметим что они не равны друг другу. Из этого можно сделать вывод ,что ускорение свободного падения не является постоянной величиной. Т.е. существуют факторы ,влияющие на значение данной величины такие как: географическое положение, присутствие рядом сильных ферромагнетиков, погрешность установки и т.д. 

7.Выводы и заключение

Результаты можно было бы улучшить, по возможности устранив всё внешние факторы мешающие проведению эксперимента и меняющие результат. Однако оценивая результаты в разных точках Земли мы можем определить её форму(геоид), а так же распределение масс в её недрах. В нашем случае полученный результат говорит что плотность земли под НГУ меньше чем в основной толще. 

Литература

Описание лабораторных работ по физике. Измерительный практикум (часть 2). НГУ, 1999 год. стр. 154 – 157.

А.С. Золкин. Как написать курсовую работу. От курсовой к диплому и диссертации. Методическое пособие. НГУ, 2003 год.