Khảo sát sự rơi tự do | Báo cáo thí nghiệm môn thí nghiệm vật lý 1 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

Bài 9: KHẢO SÁT SỰ RƠI TỰ D O Họ và tên - MSSV: Xác nhận của GV Điểm
1. ....................................................
1. ...............................
2. ....................................................
2. ...............................
3. ....................................................
3. ...............................
Nhóm .....................................................
Ngày: .....................................................
A. CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Rơi tự do là gì? Viết phương trình chuyển động c a ủ vật rơi tự do?
-Rơi tự do l sự rơi củ
a vật ch chịu tc dng của trng lực v
 vận tc đu bng không.
-Phương trình chuyển động của vật rơi tự do: 𝟏
𝒉 = 𝒉𝟎 − 𝒈𝒕𝟐 𝟐
2. Hình ảnh b trí dng c
 thí nghiệm (có thể dùng hình vẽ tay hoặc in vo bên dưới, sau đó
chú thích tên các chi tiết chính) 2 3 4 1. Cổng quang điện 2. Tr đỡ
3. Những tấm nhựa trong sut kẻ vạch
4. Mảnh vải hứng tấm nhựa
5. Hãy trình by sơ lược cc bước để lấy s  liệu. Bước 1: Nhấp chu t ộ vào nút
→ 0 ← trên phn mềm CASSY Lab 2 để quy 0 cho quãng đường.
Bước 2: Vào Menu Meadurement, ch n
 Start/Stop Measurenment để khởi ng quá độ trình đo cho phn mềm. Bước 3: Gi
ữ tấm nhựa nm trên tia h ng ồ ngoại c a
ủ cảm biến quang điện sao cho bề mặt tấm nh a
ự vuông góc với cảm biến, r i ồ thả rơi tự do
Bước 4: Dữ liệu về quãng đường theo thời gian sẽ được máy liên tc ghi lại thành hai cột t và s, d ng ừ lại khi đã
đủ 30 vạch chạy qua. Sao chép toàn b d
ộ ữ liệu ở khung bên trái vào file Excel.
4. Đại lượng cn xc định trong bài là gì? Hãy viết công thức v chú thích cc đại lượng có liên quan.
Đại lượng cn xc định trong bài là vận tc (v) và gia tc (g) với công thức: ⅆ𝐬 𝑣(𝒕) = và g(t) =ⅆ𝒗 ⅆ𝐭 ⅆ𝒕 Chú thích: v: vận t c
 tại thời điểm t (m/s) g: gia t c  tr ng t  rường (𝑚/𝑠2)
t: thời gian vật rơi (s)
6. Từ định luật vạn vật hấp dẫn, hãy chứng tỏ r c
ng trên cc độ ao không quá lớn, mi vật đều rơi như nhau.
Ta có công thức lực hấp dẫn: 𝑴𝒎 𝑭𝒉ⅆ = 𝑮 𝒓𝟐 trong đó:
-G=6,67.10^-11 Nm2/Kg2- hng s hấp dẫn
-m l khi lượng vật rơi
-M l khi lượng tri đất
-r l khoảng cch vật tới tâm Tri đất Chứng minh:
Khi đưa tham s bn kính Tri đất vào ta có: 𝑴𝒎 𝑭𝒉ⅆ = 𝑮 (𝑹 + 𝒉)𝟐
Với R l bn kính Tri đất, h l chiều cao của vật so vưới mặt đất. Nếu ch xét độ
cao gn mặt đất thì h rất nhỏ so với R nên có thể bỏ qua v biểu thức trở nên bng 𝑴𝒎 𝑭𝒉ⅆ = 𝑮 𝑹𝟐
Biểu thức trên không chứa tham s độ cao nói cch khc dưới tc dng của lực hấp dẫn
mi vật đều chịu một gia tc g hướng về tâm Tri đất n g
bng nhau nên có thể xem mi vật
đều rơi như nhau trên độ cao không qu lớn.
B. XỬ LÝ SỐ LIỆU – TRÌNH BÀY KẾT QUẢ
1. Mục đích bài thí nghiệm
-Khảo sát sự rơi tự do của các vật trong trường trng l c ự . -Tìm giá trị của gia t c  trng trường
-Chứng minh cho kết luận của Gallileo về sự rơi như nhau của mi vật.
2. Bảng số liệu (copy toàn bộ số liệu vào bảng dưới)
2.1.Bảng s liệu 1 (bản mỏng) Lần 1 Lần 2 Lần 3 t (s) s (m) v (m/s) t (s) s (m) v (m/s) t (s) s (m) v (m/s) 0 0.00 1.219512 0 0.00 2.040816 0 0.00 1.694915 0.0082 0.01 1.234568 0.0049 0.01 1.960784 0.0059 0.01 1.639344 0.0163 0.02 1.298701 0.01 0.02 2 0.012 0.02 1.724138 0.024 0.03 1.369863 0.015 0.03 2.040816 0.0178 0.03 1.754386 0.0313 0.04 1.449275 0.0199 0.04 2.083333 0.0235 0.04 1.818182 0.0382 0.05 1.515152 0.0247 0.05 2.173913 0.029 0.05 1.886792 0.0448 0.06 1.5625 0.0293 0.06 2.173913 0.0343 0.06 1.923077 0.0512 0.07 1.639344 0.0339 0.07 2.222222 0.0395 0.07 2 0.0573 0.08 1.724138 0.0384 0.08 2.325581 0.0445 0.08 2.040816 0.0631 0.09 1.754386 0.0427 0.09 2.272727 0.0494 0.09 2.040816 0.0688 0.10 1.785714 0.0471 0.10 2.380952 0.0543 0.10 2.12766 0.0744 0.11 1.851852 0.0513 0.11 2.380952 0.059 0.11 2.173913 0.0798 0.12 1.923077 0.0555 0.12 2.5 0.0636 0.12 2.222222 0.085 0.13 1.960784 0.0595 0.13 2.439024 0.0681 0.13 2.222222 0.0901 0.14 2 0.0636 0.14 2.5 0.0726 0.14 2.325581 0.0951 0.15 2.040816 0.0676 0.15 2.564103 0.0769 0.15 2.325581 0.1 0.16 2.12766 0.0715 0.16 2.631579 0.0812 0.16 2.380952 0.1047 0.17 2.173913 0.0753 0.17 2.631579 0.0854 0.17 2.439024 0.1093 0.18 2.173913 0.0791 0.18 2.702703 0.0895 0.18 2.439024 0.1139 0.19 2.222222 0.0828 0.19 2.702703 0.0936 0.19 2.5 0.1184 0.20 2.272727 0.0865 0.20 2.702703 0.0976 0.20 2.564103 0.1228 0.21 2.325581 0.0902 0.21 2.777778 0.1015 0.21 2.564103 0.1271 0.22 2.380952 0.0938 0.22 2.857143 0.1054 0.22 2.631579 0.1313 0.23 2.380952 0.0973 0.23 2.857143 0.1092 0.23 2.631579 0.1355 0.24 2.439024 0.1008 0.24 2.857143 0.113 0.24 2.631579 0.1396 0.25 2.5 0.1043 0.25 2.857143 0.1168 0.25 2.777778 0.1436 0.26 2.564103 0.1078 0.26 3.030303 0.1204 0.26 2.777778 0.1475 0.27 2.5 0.1111 0.27 2.941176 0.124 0.27 2.777778 0.1515 0.28 2.631579 0.1145 0.28 2.941176 0.1276 0.28 2.777778 0.1553 0.29 1.867354 0.1179 0.29 2.459712 0.1312 0.29 2.210366
2.2.Bảng s liệu 2 (bản vừa) Lần 1 Lần 2 Lần 3 t (s) s (m) v (m/s) t (s) s (m) v (m/s) t (s) s (m) v (m/s) 0 0.00 1.639344 0 0.00 1.470588 0 0.00 1.923077 0.0061 0.01 1.639344 0.0068 0.01 1.5625 0.0052 0.01 1.923077 0.0122 0.02 1.694915 0.0132 0.02 1.612903 0.0104 0.02 1.923077 0.0181 0.03 1.754386 0.0194 0.03 1.666667 0.0156 0.03 2 0.0238 0.04 1.785714 0.0254 0.04 1.754386 0.0206 0.04 2.040816 0.0294 0.05 1.851852 0.0311 0.05 1.785714 0.0255 0.05 2.083333 0.0348 0.06 1.923077 0.0367 0.06 1.818182 0.0303 0.06 2.173913 0.04 0.07 1.960784 0.0422 0.07 1.886792 0.0349 0.07 2.173913 0.0451 0.08 2 0.0475 0.08 1.960784 0.0395 0.08 2.222222 0.0501 0.09 2.083333 0.0526 0.09 2 0.044 0.09 2.272727 0.0549 0.10 2.439024 0.0576 0.10 2.040816 0.0484 0.10 2.325581 0.059 0.11 1.851852 0.0625 0.11 2.083333 0.0527 0.11 2.380952 0.0644 0.12 2.222222 0.0673 0.12 2.12766 0.0569 0.12 2.380952 0.0689 0.13 2.222222 0.072 0.13 2.173913 0.0611 0.13 2.439024 0.0734 0.14 2.325581 0.0766 0.14 2.222222 0.0652 0.14 2.5 0.0777 0.15 2.325581 0.0811 0.15 2.272727 0.0692 0.15 2.564103 0.082 0.16 2.380952 0.0855 0.16 2.272727 0.0731 0.16 2.5 0.0862 0.17 2.380952 0.0899 0.17 2.380952 0.0771 0.17 2.631579 0.0904 0.18 2.439024 0.0941 0.18 2.380952 0.0809 0.18 2.631579 0.0945 0.19 2.5 0.0983 0.19 2.380952 0.0847 0.19 2.702703 0.0985 0.20 2.564103 0.1025 0.20 2.5 0.0884 0.20 2.702703 0.1024 0.21 2.564103 0.1065 0.21 2.5 0.0921 0.21 2.702703 0.1063 0.22 2.631579 0.1105 0.22 2.564103 0.0958 0.22 2.777778 0.1101 0.23 2.631579 0.1144 0.23 2.564103 0.0994 0.23 2.857143 0.1139 0.24 2.702703 0.1183 0.24 2.564103 0.1029 0.24 2.857143 0.1176 0.25 2.702703 0.1222 0.25 2.631579 0.1064 0.25 2.857143 0.1213 0.26 2.777778 0.126 0.26 2.702703 0.1099 0.26 2.941176 0.1249 0.27 2.777778 0.1297 0.27 2.702703 0.1133 0.27 2.941176 0.1285 0.28 2.857143 0.1334 0.28 2.777778 0.1167 0.28 3.030303 0.132 0.29 2.19697 0.137 0.29 2.116788 0.12 0.29 2.416667
2.3.Bảng s liệu 3 (bản dày) Lần 1 Lần 2 Lần 3 t (s) s (m) v (m/s) t (s) s (m) v (m/s) t (s) s (m) v (m/s) 0 0.00 1.886792 0 0.00 1.754386 0 0.00 1.639344 0.0053 0.01 1.886792 0.0057 0.01 1.785714 0.0061 0.01 1.666667 0.0106 0.02 1.923077 0.0113 0.02 1.818182 0.0121 0.02 1.724138 0.0158 0.03 1.960784 0.0168 0.03 1.851852 0.0179 0.03 1.754386 0.0209 0.04 2.040816 0.0222 0.04 1.923077 0.0236 0.04 1.818182 0.0258 0.05 2.083333 0.0274 0.05 1.960784 0.0291 0.05 1.886792 0.0306 0.06 2.12766 0.0325 0.06 2 0.0344 0.06 1.923077 0.0353 0.07 2.173913 0.0375 0.07 2.083333 0.0396 0.07 2 0.0399 0.08 2.222222 0.0423 0.08 2.083333 0.0446 0.08 2.040816 0.0444 0.09 2.272727 0.0471 0.09 2.173913 0.0495 0.09 2.083333 0.0488 0.10 2.272727 0.0517 0.10 2.173913 0.0543 0.10 2.083333 0.0532 0.11 2.380952 0.0563 0.11 2.325581 0.0591 0.11 2.173913 0.0574 0.12 2.439024 0.0606 0.12 2.272727 0.0637 0.12 2.222222 0.0615 0.13 2.380952 0.065 0.13 2.272727 0.0682 0.13 2.272727 0.0657 0.14 2.439024 0.0694 0.14 2.380952 0.0726 0.14 2.325581 0.0698 0.15 2.5 0.0736 0.15 2.380952 0.0769 0.15 2.325581 0.0738 0.16 2.564103 0.0778 0.16 2.5 0.0812 0.16 2.380952 0.0777 0.17 2.631579 0.0818 0.17 2.439024 0.0854 0.17 2.439024 0.0815 0.18 2.564103 0.0859 0.18 2.564103 0.0895 0.18 2.439024 0.0854 0.19 2.702703 0.0898 0.19 2.5 0.0936 0.19 2.5 0.0891 0.20 2.702703 0.0938 0.20 2.631579 0.0976 0.20 2.564103 0.0928 0.21 2.702703 0.0976 0.21 2.631579 0.1015 0.21 2.564103 0.0965 0.22 2.777778 0.1014 0.22 2.702703 0.1054 0.22 2.631579 0.1001 0.23 2.857143 0.1051 0.23 2.631579 0.1092 0.23 2.631579 0.1036 0.24 2.777778 0.1089 0.24 2.777778 0.113 0.24 2.702703 0.1072 0.25 2.857143 0.1125 0.25 2.777778 0.1167 0.25 2.777778 0.1107 0.26 2.941176 0.1161 0.26 2.777778 0.1203 0.26 2.777778 0.1141 0.27 2.941176 0.1197 0.27 2.777778 0.1239 0.27 2.777778 0.1175 0.28 2.941176 0.1233 0.28 2.857143 0.1275 0.28 2.777778 0.1209 0.29 2.398677 0.1268 0.29 2.287066 0.1311 0.29 2.212052
3. Vẽ đồ thị s(t) = so + vt + 1/2gt2 3.1.Bản mỏng 0.3 0.25 y = 4.8433x2 + 1.887x + 0.0005 R² = 1 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 3.2.Bản vừa 0.3 0.25 y = 4.9097x2 + 1.824x + 0.0003 R² = 1 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 lần 3 t/s Poly. (lần 3 t/s) 3.3.Bản dày 0.3 0.25 y = 4.8966x2 + 1.806x + 0.0002 R² = 1 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 lần 1 t/s Poly. (lần 1 t/s)
4. Vẽ đồ thị v(t) = gt + vo 4.1.Bản mỏng 3 2.5 y = 9.4758x + 1.1583 R² = 0.9969 2 1.5 1 0.5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 Series5 Linear (Series5) 4.2.Bản vừa 3.5 3 2.5 2 1.5 y = 9.6952x + 1.8556 R² = 0.9929 1 0.5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 lần 3 t/v Linear (lần 3 t/v) 4.3.Bản dày 3 2.5 2 y = 9.567x + 1.6073 1.5 R² = 0.9964 1 0.5 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
5. Viết kết quả đo g 2
S(t) (m/s )
gv(t) (m/s2) 9.6514 9.4758 Bản mỏng 9.6866 9.3101 9.6818 9.4316 9.7772 9.6553 Bản vừa 9.5534 9.4743 9.8194 9.6952 9.7932 9.6101 Bản dày 9.4718 9.2239 9.7822 9.5670
6. Nhận xét kết quả đo
Quãng đường rơi của vật l như nhau, vận tc
mỗi vật tăng dn theo khi lượng của từng vật,
gia tc xấp x gia tc trng trường
g = 9,8 m/s^2 và có xuất hiện sai s
sau mỗi ln đo Đồ thị .
s theo t thì đồ thị sẽ l một parabol còn đồ thị v theo t sẽ l một đường thẳng.