Лабораторная работа №2 «Исследование свободного падения тел»

Введение

Свободное падение тел — одно из фундаментальных явлений механики, которое позволяет наглядно изучить действие силы тяжести и ускорение свободного падения. Лабораторная работа по исследованию свободного падения помогает закрепить теоретические знания, освоить методы измерения времени и пути, а также понять влияние массы и сопротивления воздуха на движение тел.

Эта лабораторная работа демонстрирует основные закономерности механики, формирует навыки работы с измерительными приборами и расчетами, а также учит анализировать результаты с учетом возможных погрешностей.

Цель работы

• Ознакомиться с закономерностями движения тел под действием силы тяжести.

• Научиться измерять время падения тел и вычислять ускорение свободного падения.

• Закрепить навыки работы с измерительными приборами.

Оборудование

Для выполнения работы потребуются:

• Два одинаковых тела (шарики) или одно тело и пружинный механизм для сброса.

• Линейка или рулетка для измерения высоты падения.

• Секундомер или электронный датчик времени.

• Стойка для крепления точки сброса.

• Бумага и карандаш для записи результатов.

Краткая теория

Свободное падение — движение тела под действием силы тяжести, без влияния других сил (игнорируя сопротивление воздуха).

Основные формулы:

1. Скорость тела в момент времени :

2. Перемещение (путь) при падении с покоя:

Где:

•  — ускорение свободного падения,

•  — время падения,

•  — высота падения.

Выбор системы отсчета связан с неподвижной поверхностью Земли, что позволяет считать ускорение $g$ постоянным и направленным вертикально вниз.

Процедура выполнения работы

1. Подготовить оборудование: закрепить точку сброса на высоте .

2. Измерить высоту падения с помощью линейки.

3. Положить тело на точку сброса или зафиксировать пружину для точного старта.

4. Запустить секундомер одновременно с началом падения тела (или использовать электронный датчик).

5. Зафиксировать время падения .

6. Повторить эксперимент несколько раз для увеличения точности измерений.

7. Рассчитать ускорение свободного падения:

​

8. Построить таблицу результатов и вычислить среднее значение .

Погрешности и источники ошибок

При выполнении эксперимента возможны следующие погрешности:

• Систематические: неточность измерения высоты, задержка при запуске секундомера.

• Случайные: колебания руки, влияние сопротивления воздуха на легкие тела.

• Для уменьшения погрешностей рекомендуется:

  • Использовать электронный датчик времени,

  • Повторять эксперимент несколько раз,

  • Использовать более тяжелые тела для уменьшения влияния воздуха.

Выводы

• Свободное падение тел демонстрирует равноускоренное движение с постоянным ускорением .

• Независимо от массы тела, ускорение при свободном падении почти одинаково.

• Эксперимент позволяет на практике проверить формулу  и вычислить ускорение свободного падения.

• Анализ погрешностей показывает, как точность измерений зависит от оборудования и метода проведения опыта.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое свободное падение тел?

2. Какие силы действуют на тело при свободном падении?

3. Какие формулы используются для расчета пути и скорости при падении?

4. Как измеряется ускорение свободного падения в лаборатории?

5. Почему ускорение свободного падения не зависит от массы тела?

6. Какие погрешности могут возникнуть при измерении времени падения?

7. Как уменьшить влияние случайных ошибок в эксперименте?

8. Почему важно повторять опыт несколько раз?

9. Как выбор системы отсчета влияет на анализ движения тела?

10. Какие практические выводы можно сделать из эксперимента о свободном падении?