Теоретическое введение

Движение тела под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления воздуха принято называть свободным падением. При свободном падении с небольшой по сравнению с радиусом Земли R_з высоты h₁ все тела движутся с одним и тем же ускорением

,

которое принято называть ускорением свободного падения и обозначать как g. Направлено это ускорение вертикально вниз.

В приведенных соотношениях: F_тяж-сила притяжения между Землей (М_з - масса Земли) и телом массы m,

G'=6.67∙10^-11 -гравитационная постоянная.

Ускорение g одинаково для всех тел и зависит от высоты тела над уровнем моря и географической широты места наблюдения. Величина g изменяется приблизительно от значения 9,78 м/с² на экваторе, до значения 9,83 м/с² на полюсе, в частности, в Москве 9,81523 м/с². Такое изменение величины ускорения свободного падения связано с отличием формы Земли от шарообразной, с собственным вращением нашей планеты и неравномерной плотностью Земли. Линейная скорость вращения системы отсчета, связанной с местом проведения измерений, зависит от географической широты места.

В соответствии с законом всемирного тяготения ускорение свободного падения на высоте h от поверхности Земли определяется соотношением:

(Если h<<R₃, то g=GM_3/R₃² ) Влияние сопротивления воздуха на величину ускорения, с которым движутся различные тела, приводят к тому, что оно в значительной мере зависит от размера и формы тел и скорости их движения. Но в отсутствии сопротивления воздуха все тела движутся равноускоренно с одним и тем же ускорением g. Это доказано экспериментально с точностью до двенадцатого знака после запятой при определении численного значения g.

Существует множество различных способов экспериментального определения величины ускорения свободного падения. В данной работе величина g определяется путём измерения времени свободного падения тела, падающего без начальной скорости с некоторой высоты. Из известного кинематического соотношения для равноускоренного движения . Для случая свободного падения с нулевой начальной скоростью (V₀=0) можно определить величину , где h - расстояние, пройденное телом с момента начала падения за время t.

Установка для изучения свободного падения тел (рис.1) состоит из вертикальной штанги со шкалой. На штанге перемещаются две обоймы. К верхней обойме крепится электромагнит М, удерживающий металлический шарик, а в нижней - ловушка с парой контактов.

Время полёта отсчитывается по электросекундомеру типа Т8-531 с точностью до 0,01 с.

Запуск секундомера производится в момент отрыва шарика, остановка осуществляется при размыкании контактов в ловушке.

Контрольные вопросы:

1. Что называется весом тела?

2. Какие силы действуют на тело, лежащее неподвижно на поверхности Земли?

3. Что называется ускорением?

4. Закон всемирного тяготения.

5. Зависимость напряженности гравитационного поля от широты местности и высоты поднятия над Землей.