حل أسئلة مختبر الفيزياء

التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية:

عينة بيانات:

التحليل:

1. استعمل الأرقام. احسب قيم السرعة وسجلها في جدول البيانات.

ارجع إلى جدول عينة البيانات أعلاه.

2. أنشئ الرسوم البيانية. واستخدمها برسم منحنى (السرعة المتجهة - الزمن)، ثم ارسم الخط البياني الأكثر ملاءمة لبياناتك.

3. احسب ميل الخط البياني، وحوّل النتيجة إلى وحدة m/s².

ميل عينة جدول البيانات= m

$\begin{array}{r}\mathrm{m}=\frac{192.4\mathrm{cm}/\mathrm{s}-112\mathrm{cm}/\mathrm{s}}{(13/60)\mathrm{s}-(3/60)\mathrm{s}}=482\mathrm{cm}/{\mathrm{s}}^2 =4.82\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2\end{array}$

الاستنتاج والتطبيق:

1. تذكّر أن ميل خط منحنى (السرعة المتجهة - الزمن) يساوي 1/2a، واحسب التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية.

$g=\left(2\right)\left(4.82\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2\right) =9.64\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2$

2. أوجد الخطأ النسبي في القيمة التجريبية لِ g مقارنة بالقيمة المقبولة لها 9.80m/s². علماً بأن:

$\mathrm{الخطأ} \mathrm{النسبي} = \frac{\mathrm{القيمة} \mathrm{المقبولة} - \mathrm{القيمة} \mathrm{التجريبة}}{\mathrm{القيمة} \mathrm{المقبولة}} \mathrm{x} \% 100$.

$=\frac{9.80\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2-9.64\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2}{9.80\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2}\times 100\mathrm{\%}=1.63\mathrm{\%}$

3. كم كان مقدار السرعة الابتدائية v_i للكتلة عندما بدأت بقياس المسافة والزمن؟

من خلال المقطع y للرسم البياني: 0.83m/s = v_i.

التوسع في البحث:

ما الفائدة من بدء القياس من نقطة تبعد بضع سنتمترات عن بداية شريط المؤقت بدلاً من بدئه من أول نقطة على الشريط؟

ستختلف الإجابات وربما تشمل على تفسيرات مثل: "تم تقليل الخطأ بعدم استخدام بداية شريط المؤقت، والذي ربما يكون قد اهتز بشدة عند بداية سقوط الكتلة"، أو مثل: "لأن النقاط تكون متقاربة جداً عند البداية مما يشكِّل صعوبة في عدِّها بشكلٍ صحيح، أو مثل: "هناك تأخر في الزمن ما بين عمل النقطة وسقوط الكتلة من السكون، مما يسبب خطأً صغيراً".

الفيزياء في الحياة:

لماذا يقوم مصممو عربات السقوط الحر في مدن الألعاب (الملاهي) بتصميم مسارات خروج تنحني تدريجياً في اتجاه الأرض؟ لماذا يكون هناك امتداد للمسار المستقيم؟

يقلِّل الجزء المنحني من المسار التسارع تدريجياً، كما تكتسب العربة تسارعاً سالباً في الجزء المستقيم لمسار الخروج، والذي يسبب إبطاء اندفاعها السريع. وبهذا يحول كلا الجزأين دون حدوث هبوط مفاجئ في سرعة العربة قد يسبب إصابات لركابها.