Непостоянное ускорение из-за силы тяжести

Недавно у меня была первая физическая лаборатория для моего университетского курса физики. Эта лабораторная работа была довольно простой, так как мы просто использовали компьютер и датчик расстояния для построения графика положения, скорости и ускорения тележки, когда она двигалась по линейному пути.

Одна из ситуаций, для которой мы собрали данные, включала запуск тележки в нижней части наклонной рампы и толчок вверх. Как и ожидалось, он перевернулся, остановился, а затем вернулся на трассу в исходное положение. График зависимости положения от времени был по существу параболическим, график зависимости скорости от времени был по существу линейным, а график зависимости ускорения от времени был по существу линейным. Все идет нормально.

В этот момент в лаборатории инструктор указал, что если внимательно изучить данные, ускорение тележки будет больше, когда тележка движется вверх, чем когда тележка движется вниз (приблизительно 0,546 м с 2 а также 0,486 м с 2 , соответственно), и попросили нас определить, почему в нашем лабораторном отчете.

Итак, гравитация была единственной силой, действующей на тележку, и, следовательно, ее ускорение должно быть постоянным, по крайней мере, в том масштабе, в котором проводился наш эксперимент, поэтому эти результаты полностью сбивают с толку мою лабораторную группу. До сих пор мы предлагали следующие идеи, но ни одна из них не кажется очень правдоподобной.

  • Эффект Доплера на ультразвуковом датчике расстояния

  • Трение

  • Сопротивление воздуха

  • Человеческая ошибка

Первая кажется маловероятной, а последние три являются скорее запутыванием и маханием руками, чем реальными теориями.

Почему наши экспериментальные данные показывают, что ускорение свободного падения изменяется в зависимости от направления движения объекта?

Думали ли вы о вычислении (или измерении) оценки как можно большего числа из них и проверке, соответствует ли какое-либо из них наблюдаемому несоответствию?
Ваш ультразвуковой датчик расстояния не измерял ускорение под действием силы тяжести. Для этого тележка должна находиться в свободном падении. Вместо этого ваш датчик измерял ускорение тележки , которое в вашей экспериментальной установке не равно ускорению свободного падения. Обратите внимание, что числовое значение ускорения, измеренное вами с помощью датчика, не близко к грамм знак равно 9,81   РС 2 .
@dmckee К сожалению, у меня больше нет доступа к материалам. Я знаю, что инструктор задавал этот вопрос нескольким группам в лаборатории, так что я предполагаю, что это не просто случайность.
@BMS Да; плохая терминология с моей стороны. Я отредактирую и исправлю это. Мое намерение состояло в том, чтобы единственным ускорением, действующим на тележку, была сила тяжести, хотя это лишь часть силы тяжести, так как она происходит на наклонной плоскости.
Если я могу задеть мою любимую мозоль: никогда не предлагайте «человеческую ошибку» в качестве объяснения наблюдения. Человеческая ошибка просто означает, что кто-то (обычно вы) облажался, и вы должны исправить свою ошибку, а не просто указывать на нее. (Конечно, я вижу, что вы уже в какой-то степени разделяете это мнение.)

Ответы (2)

То, что численное значение результирующего ускорения больше вверх, чем вниз, вероятно, связано с трением. Трение вверх по склону и сила тяжести тянут в одном направлении, а трение и сила тяжести вниз по склону тянут в противоположных направлениях.

Вы можете использовать разницу в ускорении для оценки трения. Среднее значение — это (прогнозируемое) гравитационное ускорение, по которому можно рассчитать угол наклона (при условии постоянного наклона).

Спасибо. Это имеет большой смысл и охватывает все довольно хорошо.
Вы можете дополнительно проверить эту гипотезу, попытавшись подобрать к своим данным модель, включающую постоянное ускорение и коэффициент трения, пропорциональный скорости или ее квадрату. Если это сработает, это, по сути, решающий аргумент; если вы не найдете подходящего, это хорошая догадка, что вам нужно найти что-то еще. Однако, если вы получаете подгонку с большой неопределенностью в ваших параметрах, вам нужно более тщательно все обдумать.

Идеальный случай должен быть симметричным во времени. Отклонение на 10,7% разница/среднее значение кажется значительным. Если тележка несимметрична по форме, включая крепления колес, сопротивление воздуха вызывает подозрение на баллистический коэффициент Cd. У тележки есть ультразвуковой отражатель только на одном конце? Доплеровский сдвиг можно проверить, направив ультразвуковой датчик на другой конец тележки. Есть ли поток воздуха в помещении от обогревателя? Электромагнит под гусеницей есть?

Когда тележка пойдет вниз, может ли воздух подняться под ее передним концом? Какой-то мгх питает прялки. Они имеют какой-либо рисунок, что воздух будет дуть по-разному в зависимости от направления их вращения?

Если вы запустили эксперимент только один раз, у вас не будет статистики по систематическим и статистическим ошибкам. Лабораторная работа начинается со слов «вселенная меня ненавидит». Затем начните сбрасывать сноски. Это не паранойя, если это произойдет.

«Это не паранойя, если это произойдет» — отличная фраза.
Непостоянное ускорение из-за силы тяжести
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v