Bài 8: Thực hành Khảo sát chuyển động rơi tự do và xác định gia tốc rơi tự do

 

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Mục đích

  •  Đo thời gian rơi t trên những đoạn đường s khác nhau để vẽ đồ thị s ~ t2, rồi từ đó suy ra tính chất của chuyển động. Ngoài ra, với số liệu đó ta xác định được gia tốc rơi tự do.

1.2. Cơ sở lý thuyết

1.2.1. Mối quan hệ giữa quãng đường rơi tự do và thời gian rơi

  • Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a, thì quãng đ­ường đi đ­ược s sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) được xác định bởi công thức:

\(s = \frac{1}{2}g.{t^2}\)

1.2.2. Vẽ đồ thị f (s, t2)

  •  Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và tcó dạng một đ­ường thẳng đi qua gốc toạ độ và có hệ số góc:

\(\tan \alpha  = \frac{g}{2}\)

1.3. Lắp ráp thí nghiệm

  • Nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ A của đồng hồ đo thời gian. Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về. Cổng E lắp ở dưới, được nối với ổ B. Sử dụng MODE đo  A7B, chọn thang đo 9,999 s.
  • Quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá để sao cho quả dọi nằm  đúng tâm lỗ tròn T.  Khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang điện E, chúng cùng nằm trên một trục thẳng đứng. Khăn vải bông được đặt  nằm dưới  để để vật rơi .
  • Cho nam châm hút giữ vật rơi. Dùng miếng ke áp sát đáy vật rơi để xác định vị trí đầu s0 của vật.

Bảng 8.1 : Khảo sát chuyển động rơi tự do

  • Ghi giá trị số vào Bảng 8.1 (có ở mẫu báo cáo).

1.4. Tiến trình thí nghiệm

  • Đo thời gian rơi ứng với các khoảng cách s khác nhau
  • Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s0 một khoảng  s = 0,050 m. Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị  0. 000.
  • Ấn nút trên hộp công tắc để thả vật rơi, rồi  nhả nhanh nút tr­ước khi vật rơi đến cổng quang điện E. Ghi thời gian rơi  của vật vào Bảng 8.1. Lặp lại phép đo thêm 4 lần,  ghi vào Bảng 8.1.
  • Nới lỏng vít và dịch cổng quang điện E về phía dưới cách s0 một khoảng  s =  lần lượt bằng 0,200; 0,450; 0,800 m. Ứng với mỗi giá trị của s, thả vật rơi và ghi thời gian t t­ương ứng vào bảng Bảng 8.1. Lặp lại phép đo thêm 4 lần,  ghi vào Bảng 8.1.
  • Kết thúc thí nghiệm:  Nhấn khoá K , tắt  điện đồng hồ đo thời gian hiện số.

Bài tập minh họa



Bài 1:

Dựa vào kết quả trong Bảng 8.1: Khảo sát chuyển động rơi tự do. Tính  \(\overline t ,\,\,\overline {{t^2}} \) ứng với mỗi cặp giá trị (s,t). Vẽ đồ thị s = s(t2) và nhận xét

Hướng dẫn giải:

  • Bảng 8.1 Khảo sát chuyển động rơi tự do : Đo thời gian rơi ứng với các khoảng cách s khác nhau.
  • Vị trí đầu của vật rơi: s0 = 0 (mm).

  • Vẽ đồ thị: Dựa vào kết quả trong Bảng 8.1, chọn tỉ lệ thích hợp trên các trục tung và trục hoành để vẽ đồ thị s = s(t2)

  • Nhật xét: Đồ thị s = s(t2) có dạng là một đường cong parabol. Như vậy chuyển động của vật rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.