THỰC HÀNH: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO
XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO
(PHƯƠNG ÁN 2)
I - THIẾT BỊ
THÍ NGHIỆM
STT |
TÊN THIẾT BỊ |
SỐ LƯỢNG |
1 |
Chân đế chữ V |
1 |
2 |
Thanh trụ |
1 |
3 |
Cổng quang học |
2 |
4 |
Nam châm giữ |
1 |
5 |
Viên bi sắt |
1 |
6 |
Quả dọi có dây |
1 |
7 |
Máy đếm hiện số |
1 |
8 |
Thước dây (phụ kiện) |
1 |
II - HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT CHUNG
Lắp thanh trụ lên
chân đế chữ V, vặn ốc chặt.
Lắp nam châm giữ lên
điểm cao của thanh trục
Lắp 02 cổng quang
học lên thanh trụ phía dưới nam châm giữ.
Dùng quả dọi có dây
để điều chỉnh vị trí của nam châm giữ và hai cổng quang học sao cho chúng ở
trên cùng một đường thẳng. Việc này để nhằm mục đích đảm bảo khi viên bi rơi
suống thì phải ngắt qua tia sáng của cổng quang học.
Nối dây cáp của nam
châm giữ vào cổng vào P1/E.MAGNET của máy đếm hiện số.
Nối dây cáp của cổng
quang học 1 vào cổng vào P1 của máy đếm hiện số.
Nối dây cáp của cổng
quang học 2 vào cổng vào P2 của máy đếm hiện số.
Cắm nguồn điện và
bật công tắc hoạt động của máy đếm.
Nhấn nút FUNCTION
nhiều lần đến khi đèn hiển thị đặt ở chế độ GRAVITY ACCELERATION.
Đặt viên bi lên vị
trí của nam châm giữ ( viên bi sẽ bị nam châm giữ hút và dính vào đó).
(Sơ đồ lắp đặt
thiết bị bài thí nghiệm rơi tự do sử dụng cổng quang học và máy đếm. Sử
dụng quả dọi điều chỉnh vị trí của cổng quang học và nam châm giữ |
III
- HƯỚNG DẪN SỬ
DỤNG MÁY ĐẾM HIỆN SỐ
1)
Giới thiệu
chung
Máy đếm AT- 02 là loại máy đếm được hãng PUDAK
thiết kế đồng bộ với các thiết bị thuộc các bộ thí nghiệm của hãng như:
-
Khảo sát con lắc thuận nghịch
-
Khảo sát quá trình động lực học trên đệm
không khí một chiều.
-
Máy ATWOOD.
-
Bộ thí nghiệm rơi tự do.
-
…V...V.
Do đó nó có một số chức năng riêng để ứng dụng cho
từng bài thí nghiệm riêng biệt cụ thể.
Sơ đồ hình
ngoài của Máy đếm hiện số
Bề ngoài của máy đếm có hình dạng như sơ đồ trên,
trong đó:
1.
Đèn chỉ thị
các đại lượng đo.
2.
Màn hình hiển
thị.
3.
Công tắc
nguồn.
4.
Nút bấm
E.MAGNET
5.
Đèn chỉ thị
các chức năng.
6.
Đèn chỉ thị
nam châm điện hoạt động.
7.
Nút bấm
FUNCTION
8.
Nút bấm
CH.OVER
9.
Nút bấm DATA
FETCH.
10.
Lối vào P1
11.
Lối
vào P2
12.
Lối vào cho
nam châm giữ P1/E.MAGNET.
13.
Phích cắm và
dây nguồn.
2)
Cách sử dụng
máy đếm
a)
Lối vào:
Máy đếm có 4 lối vào chính tương ứng với
các đầu của các dây cáp của cổng quang học và nam châm giữ.
-
Lối vào P1: tương ứng khi kết quả hiện ra
trên màn hình là thứ nhất.
-
Lối vào P2 (02) lối: tương ứng với kết quả
hiện ra trên màn hình là thứ hai
-
Lối vào P1/E.MAGNET: nối với nam châm giữ,
được thực hiện tương ứng với bài thí nghiệm rơi tự do.
b)
Các
chế độ đo:
Timing I: sử dụng để
đo khoảng thời gian bị chắn sáng của một cổng quang học.
Chế độ đo
Timing 1
Timing II: Sử dụng để đo
khoảng thời gian hai lần bị chắn sáng của
cổng quang học ( có thể là một cổng hoặc hai cổng).
Máy đếm hoạt
động với một cổng quang học hoạt động ở chế độ Timing II
Máy đếm hoạt
động ở chế độ đo Timing II với hai cổng quang học
Collision: Khảo sát riêng với trường hợp va chạm của con
trượt trên đệm không khí một chiều.
Với chức năng này: ta sử dụng hai con trượt trên
có gắn hai tấm cản quang kép có kích thước như nhau và cho chuyển động từ bên
ngoài 2 phía của 2 cổng quang học tới va chạm vào nhau và chuyển động ra phía
ngoài với các vận tốc khác lúc trước khi va chạm.
Máy đếm sẽ ghi các giá trị thời gian của các con
trượt khi chuyển động qua cổng quang học trước và sau khi va chạm.
Máy đếm sẽ
hiện ra các giá trị
P11: Tương ứng
thời gian con trượt qua cổng quang học1 trước khi va chạm.
P12: Tương ứng
với thời gian con trượt qua cổng quang học 1sau va chạm.
P21:Tương ứng
với thời gian con trượt qua cổng quang học 2 trước khi va chạm.
P22: Tương ứng
với thời gian con trượt qua cổng 2 sau khi va chạm.
Gravity Acceleration: Chức năng này áp dụng riêng với bài thí nghiệm
xác định gia tốc trọng trường bằng thí nghiệm Rơi tự do. Về cách sử dụng chức
năng này sẽ được nói rõ trong bài thí nghiệm Rơi tự do.
Cycles: Đếm thời gian
con lắc phải mất trong một số chu kỳ cho trước.
Count: Đếm số lần
cổng quang học bị chắn sáng.
Signal Source: Đếm tần số.
c) Sử dụng các nút bấm
Power switch: Dùng để bật
tắt máy đếm khi mà máy đã được cung cấp điện qua phích cắm và cáp dẫn.
E. MAGNET: Dùng để cung
cấp hay không cung cấp nguồn điện cho cuộn dây ( nam châm giữ). Chỉ hoạt động
khi đặt ở chế độ Gravity Acceleration.
CH.OVER:
-
Dùng để thay đổi giá trị hiển thị các đại
lượng đo ( Thời gian, vận tốc, gia tốc).
-
Bấm nút này và giữ lâu để thay đổi chế độ
đặt độ rộng của tấm cản quang kép (trong bài thí nghiệm đệm không khí một chiều)
hoặc độ rộng của cổng quang học (1 cm, 3 cm, 5 cm và 10 cm). Từ đây tính ra được
vận tốc và gia tốc của chuyển động.
-
Bấm nút này khi có chức năng CYCLE sẽ hiển
thị giá trị trung bình chu kỳ đo.
FUNCTION: Bấm nút này
để lựa chọn các chức năng đo. Bấm nút này với chức năng reset để làm lại phép
đo.
Lắp đặt
Lắp đặt các thiết bị
giống như hình 1.
Đặt nam châm giữ viên bi ở trí trên cùng, cổng quang học1 ở giữa và
cổng quang học2 ở vị trí dưới cùng.
Nam châm giữ viên bi
được nối vào đầu vào E.MAGNET của máy đếm bằng dây cáp của nó.
Cổng quang học1 và 2
được nối tới các đầu vào tương ứng P1 và P2 của máy đếm. Đặt 2 cổng quang họ
ccách nhau 10 cm.
Dùng quả dọi để điều
chỉnh nam châm giữ, cổng quang học1 và cổng quang học2 sao cho khi
viên bi thép rơi xuống sẽ chắn chùm ánh sáng của các hàng rào sáng.
Chú ý:
Nam châm giữ (E.MAGNET) được kích hoạt khi chế độ Gravity Acceleration của máy
đếm được chọn.
V -
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Chúng ta biết rằng
phương trình động lực học mô tả chuyển động với
gia tốc không đổi có dạng
Do vậy, khi thả rơi một vật đứng yên (vo = 0) từ
một độ cao h và sức cản của không khí là không đáng kể,
thì phương trình chuyển động của nó sẽ là:
với thời gian chuyển động từ với quãng đường là h.
Hình 1.1 Sơ đồ lắp đặt thí nghiệm
Khi đó phương trình chuyển động được viết cho 2 quãng đường h1 và h2
tương ứng với 2 cổng quang họclắp đặt như trong hình 1.1 sẽ có dạng như sau:
đối với cổng quang học1
(3)
đối
với cổng quang học2
(4)
Từ hai phương trình (3) và (4) chúng ta thu được:
Trong thí nghiệm này chúng ta sẽ sử dụng một viên bi thép làm vật rơi tự do. Từ phương trình (5) chúng ta có thể xác định được gia tốc gây bởi trọng trường g.
VI - TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
Bật máy đếm.
Nhấn nút Function của máy đếm AT-01 vài lần
để chọn chức năng Gravity Acceleration khi máy đếm
làm việc ở chức năng Gravity Acceleration đèn LED chỉ thị trên máy đếm của hai chức
năng này sẽ sáng.
Ban đầu viên bi được giữ bởi nam châm giữ.
Nhấn nút E.MAGNET trên máy đếm để bắt đầu phép đo. Sau khi nhấn nút E.MAGNET
viên bi sẽ chuyển động qua cổng quang học1 và cổng quang học2.
Đọc thời gian chuyển động trên màn hình hiển
thị của máy đếm. Thời gian chuyển động đến cổng quang học1 (thời gian 1) và
cổng quang học2 (thời gian 2) sẽ được hiển thị. Ghi lại các thời gian này
vào bảng 1. Sử dụng phương trình (5) tính gia tốc trọng trường.
Thay đổi độ cao h. Nhấn nút
Function một lần để thiết lập lại (xóa giá trị đo trước để băt đầu phép
đo mới) cho máy đếm, khi đó chức E.MAGNET sẽ được kích hoạt lại. Lặp lại
phép đo bằng việc nhấn nút E.MAGNET.
Bảng 1.