Στο ελεύθερο άκρο λεπτού νήματος (που έχει το άλλο του άκρο ακλόνητα στερεωμένο σε κάποιο ψηλό σημείο, π.χ. στο γείσο μιας πόρτας) αναρτήθηκε με κατάλληλο τρόπο ένα κυλινδρικό πλαστικό δοχείο στο εσωτερικό του οποίου μπορούσε να "σφηνώσει" κατακόρυφο το "έξυπνο" κινητό μας τηλέφωνο. Στην ίδια κατακόρυση με το κινητό και σε απόσταση Η = 97 cm κάτω από αυτό τοποθετήσαμε ένα λεπτό αφρώδες στρώμα.
Με τη βοήθεια αναπτήρα καίμε το νήμα που συγκρατεί το κινητό. Το κινητό πέφτει ελεύθερα και συγκρούεται τελικά στο αφρώδες στρώμα. Με τη βοήθεια του λογισμικού SPARKvue, που εκτελείται καθόλη τη διάρκεια του φαινομένου στο κινητό, καταγράφουμε την επιτάχυνση στον άξονα y' y με ρυθμό 500 μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο, που οδηγεί σε διακριτική ικανόντητα χρόνου ίση με 2 ms. Καταγράφουμε τόσο τη φάση που το κινητό ισορροπεί κρεμασμένο στο άκρο του νήματος, όσο και την κίνηση στον αέρα και την κρούση στο στρώμα.
Παρατηρούμε πως κατά τη φάση ισορροπίας του κινητού, η τιμή της επιτάχυνσης στον y άξονα που καταφράφεται με το SPARKvue είναι ίση με 10 m/s2, δηλ. ίση με την εξ ορισμού τιμή της επιτάχυνσης της βαρύτητας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το επιταχυνσιόμετρο του κινητού δε μπορεί να διακρίνει την επιτάχυνση λόγω κίνησης από την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (αρχή σχετικότητας). Κατά τη φάση κίνησης στον αέρα το κινητό βρίσκεται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσεης και καταγράφει επιτάχυνση ίση με μηδέν, ενώ καταγράφεται σχετικά μεγάλη αύξηση της επιτάχυνσης κατά την κρούση του κινητού στο αφρώδες στρώμα.
Από τα παραπάνω είναι φανερό πως μπορούμε να βρούμε το χρόνο που διάρκεσε η πτώση του κινητού, προσδιορίζοντας το χρονικό διάστημα που καταγράφεται επιτάχυνση στον άξονα y'y ίση με μηδέν (το "κιτρινισμένο" τμήμα της γραφικής παράστασης). Προκύπτει Δt = 0,434 s.
Μπορούμε έτσι να υπολογίσουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας, ως:
Η μέθοδος που χρησιμοποιήσαμε έχει περιγραφεί από τους Kuhn και Vogt σε άθρο τους στο European Journal of Physics Education (Vol. 4 Issue 1, 2013) με τίτλο "Smartphones as Experimental Tools: Different Methods to Determine the Gravitational Acceleration in Classroom Physics by Using Everyday Devices".
 |
| Η πειραματική διάταξη |
Με τη βοήθεια αναπτήρα καίμε το νήμα που συγκρατεί το κινητό. Το κινητό πέφτει ελεύθερα και συγκρούεται τελικά στο αφρώδες στρώμα. Με τη βοήθεια του λογισμικού SPARKvue, που εκτελείται καθόλη τη διάρκεια του φαινομένου στο κινητό, καταγράφουμε την επιτάχυνση στον άξονα y' y με ρυθμό 500 μετρήσεις ανά δευτερόλεπτο, που οδηγεί σε διακριτική ικανόντητα χρόνου ίση με 2 ms. Καταγράφουμε τόσο τη φάση που το κινητό ισορροπεί κρεμασμένο στο άκρο του νήματος, όσο και την κίνηση στον αέρα και την κρούση στο στρώμα.
 |
| Πειραματικά δεδομένα - SPARKvue |
Παρατηρούμε πως κατά τη φάση ισορροπίας του κινητού, η τιμή της επιτάχυνσης στον y άξονα που καταφράφεται με το SPARKvue είναι ίση με 10 m/s2, δηλ. ίση με την εξ ορισμού τιμή της επιτάχυνσης της βαρύτητας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το επιταχυνσιόμετρο του κινητού δε μπορεί να διακρίνει την επιτάχυνση λόγω κίνησης από την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (αρχή σχετικότητας). Κατά τη φάση κίνησης στον αέρα το κινητό βρίσκεται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσεης και καταγράφει επιτάχυνση ίση με μηδέν, ενώ καταγράφεται σχετικά μεγάλη αύξηση της επιτάχυνσης κατά την κρούση του κινητού στο αφρώδες στρώμα.
Από τα παραπάνω είναι φανερό πως μπορούμε να βρούμε το χρόνο που διάρκεσε η πτώση του κινητού, προσδιορίζοντας το χρονικό διάστημα που καταγράφεται επιτάχυνση στον άξονα y'y ίση με μηδέν (το "κιτρινισμένο" τμήμα της γραφικής παράστασης). Προκύπτει Δt = 0,434 s.
Μπορούμε έτσι να υπολογίσουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας, ως:
Η μέθοδος που χρησιμοποιήσαμε έχει περιγραφεί από τους Kuhn και Vogt σε άθρο τους στο European Journal of Physics Education (Vol. 4 Issue 1, 2013) με τίτλο "Smartphones as Experimental Tools: Different Methods to Determine the Gravitational Acceleration in Classroom Physics by Using Everyday Devices".
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου