SỰ RƠI TỰ DO CỦA CÁC VẬT
26/04/2007

Nhà vật lý và thiên văn Italia Galilée (1564-1642) đã chứng minh rằng các vật rắn rơi với tốc độ không phụ thuộc vào trọng lượng của chúng, nếu ta bỏ qua sức cản của không khí. Khái niệm này chúng ta ai cũng từng ít nhất một lần nghe thấy. Chúng tôi xin đưa ra một thí nghiệm giúp các bạn hiểu rõ hơn về khái niệm này.


Các thầy cô có thể tải thí nghiệm này về sử dụng trong giáo án điện tử của mình tại đây

1. Mục đích thí nghiệm:

- Nghiên cứu quy luật của chuyển động rơi tự do bằng 2 phương pháp:

+ Khi vận tốc ban đầu Vo = 0, công thức đường đi là h = gt²/2, nghiệm lại quy luật đường đi là h ~ t²

+ Khi vận tốc ban đầu Vo ≠ 0, nghiệm lại quy luật Δh = l1 – l2 = l3 – l2 = ... = gτ²

- Đo gia tốc rơi tự do.

2. Dụng cụ thí nghiệm:

- Máng đặt thẳng đứng và giá đỡ,

- Viên bi,

- Đồng hồ hiện số với hai cổng quang điện,

3. Lắp ráp và bố trí thí nghiệm:

+ Nối 2 cửa quang điện được gắn trên máng nghiêng vào đồng hồ hiện số. Bật công tắc nguồn của đồng hồ.

+ Đặt viên vi vào kẹp giữ bi ở đỉnh máng thẳng đứng.

+ Đặt đồng hồ ở chế độ đo S2, dùng 2 cửa quang điện để đo thời gian xe chuyển động giữa hai cửa quang điện.

4. Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi số liệu

Phương án 1.

- Bố trí dụng cụ thí nghiệm như trên.

- Dùng dây dọi kiểm tra phương thẳng đứng của máng nhôm. Sao cho khi bi rơi đúng vào lọ đựng bông ở dưới.

- Đánh dấu trên máng nhôm vị trí của viên bi O.

- Lần lượt đánh dấu trên thanh nhôm các vị trí A, B, C, ... của cửa quang điện 2 sao cho OB = 4OA, OC = 9OA, OD = 16OA, thỏa mãn BC - AB = CD - BC. Chuyển động rơi là nhanh dần đều nên thời gian vật đi hết các quãng đường AB, BC, CD bằng nhau. Cần chọn các quãng đường này sao cho thuận tiện khi tính toán. (Ví dụ OA=5cm, OB=20cm, OC=45cm, OD=80cm, …)

- Nối đồng hồ với nguồn điện 220V, bấm cồng tắc mở ở phía sau đồng hồ.

- Đặt cửa quang điện thứ 1 ở vị trí A, cửa quang điện thứ 2 ở vị trí B.

- Lắp bi vào khoá giữ bi K. Ấn nút Function ở mặt trước đồng hồ đặt ở chế độ Timing II và để cho đồng hồ chỉ số 0. Ấn khoá giữ bi K để thả cho bi rơi. Thời gian ghi được trên đồng hồ là thời gian bi rơi trên đoạn AB (τ 1).

- Dịch cửa quang điện 1 đến B, cửa quang điện 2 đến C và lặp lại như trên ta xác định được thời gian bi rơi trong đoạn BC (τ 2).

- Dịch cửa quang điện 1 đến C, cửa quang điện 2 đến D và lặp lại như trên ta xác định được thời gian bi rơi trong đoạn CD (τ 3).

- So sánh τ1, τ2, τ3 và rút ra kết luận về chuyển động rơi tự do của viên bi là nhanh dần đều.

- Tính gia tốc rơi tự do theo công thức: Δ = BC-AB= CD-BC = gτ²(Theo số liệu trên ΔS=10cm)

Phương án 2.

- Bố trí dụng cụ thí nghiệm như trên. Cửa quang điện 1 được lắp sát phía trên và nối với đồng hồ ở chốt cắm P1, cửa quang điện 2 ở dưới và nối với đồng hồ ở chốt cắm P2.

- Dùng dây dọi kiểm tra phương thẳng đứng của máng nhôm. Sao cho khi bi rơi đúng vào lọ đựng bông ở dưới.

- Đánh dấu trên máng nhôm vị trí của viên bi O.

- Lần lượt đánh dấu trên thanh nhôm các vị trí A, B, C, ... của cửa quang điện 2. Khoảng cách giữa hai cửa quang điện (OA, OB, OC, …) chính là quãng đường viên bi sẽ rơi trong khoảng thời gian tương ứng chỉ trên đồng hồ. Cần chọn các quãng đường này sao cho thuận tiện khi tính toán. (Ví dụ OA=5cm, OB=20cm, OC=80cm, …)

- Nối đồng hồ với nguồn điện 220V, bấm cồng tắc mở ở phía sau đồng hồ.

- Lắp bi vào khoá giữ bi K. Ấn nút Function ở mặt trước đồng hồ đặt ở chế dộ Timing II và để cho đồng hồ chỉ số 0. Ấn khoá giữ bi K để thả cho bi rơi. Đọc thời gian ghi được trên đồng hồ.

- Đặt cửa quang điện 2 vào các vị trí đã đánh dấu trên thanh nhôm. Lắp bi vào khoá giữ bi K, ấn nút Function cho kim đồng hồ về 0, rồi lặp lại thí nghiệm tương tự tr¬ước.

- Tính các khoảng thời gian t¬ương ứng. So sánh tỉ số 2h/t¤. Rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi.

- Đọc tỉ số 2h/t²ở các lần đo khác. Tính gia tốc rơi tự do.

5. Tiến hành thí nghiệm.

Chúng ta có thể dùng chuột tác động trực tiếp vào thí nghiệm, chọn phương án 1 hoặc 2 tùy ý để thấy rõ hơn về quy luật RƠI TỰ DO.
URL của bài viết này::http://www.vnschool.net/modules.php?name=News&file=article&sid=852