P1.3.5 Spadek swobodny – Leybold

W celu badania spadku swobodnego, stalowa kula jest zawieszona na elektromagnesie. Spada w dół z jednostajnym przyspieszeniem spowodowanym siłą grawitacji

         F = m • g

    m: masa kuli, g: przyspieszenie grawitacyjne

gdy tylko elektromagnes zostanie wyłączony. Tarcie powietrza może zostać uznane za pomijalne przy założeniu, że odległość spadku, i tym samym prędkość końcowa, nie są zbyt duże; innymi słowy, kula spada swobodnie.

W doświadczeniu P1.3.5.1, elektroniczny pomiar czasu jest rozpoczynany jak tylko kula jest zwolniona poprzez przerwanie prądu magnesującego. Po przebyciu odległości h, kula spada na płytę stykową, zatrzymując pomiar czasu t. Pomiary dla różnych wysokości spadku są wykreślane jako pary wartości na wykresie drogi w czasie. Jako, że kula znajduje się w stanie spoczynku na początku pomiaru czasu, g może zostać wyznaczone za pomocą zależności.

W doświadczeniu P1.3.5.2, kula przechodzi przez jedną lub opcjonalnie dwie bariery świetlne na swojej drodze na dół; ich odległość od uchwytu magnetycznego h jest zmienna. W dodatku do czasu opadania t, mierzony jest czas zasłonięcia bariery świetlnej Dt, dla danej średnicy d kuli, prędkość chwilowa kuli jest wyznaczona. Wykres prędkości w czasie vm(t) jest przygotowany w dodatku do wykresu drogi w czasie h(t). Tym samym, zależność może zostać użyta do wyznaczenia g.

Wadą przygotowywania wykresu drogi w czasie, poprzez rejestrację zmierzonych wartości punkt po punkcie, jest długi czas zanim zależność wyników eksperymentów od parametrów jak prędkość początkowa lub wysokość spadku staje się jasna. Badanie staje się dużo prostsze, gdy całą seria pomiarów wykresu drogi w czasie jest zarejestrowana podczas jednego pomiaru za pomocą komputera.

W doświadczeniu P1.3.5.3, drabinka z kilkoma szczeblami spada przez barierę świetlną, która jest podłączona do interfejsu CASSY w celu zmierzenia czasu zasłonięcia bariery. Pomiar ten jest równoważny z pomiarem, w którym ciało spada przez wiele równoodległych barier świetlnych. Wysokość spadającego ciała odpowiada szerokości szczebla. Dane pomiarowe są rejestrowane i analizowane za pomocą oprogramowania CASSY Lab.

Chwilowe prędkości są obliczane z czasów zasłonięcia bariery oraz szerokości szczebli i są wyświetlane na wykresie prędkości w czasie v(t). Punkty pomiarowe są opisane linią prostą

gdzie v0 jest prędkością początkową drabinki w momencie przejścia pierwszego szczebla przez barierę świetlną.

W doświadczeniu P1.3.5.4, ruch spadającego ciała jest śledzony jako funkcja czasu za pomocą jednoliniowej CCD kamery VideoCom oraz analizowane za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Seria pomiarowa jest wyświetlana bezpośrednio jako wykres drogi w czasie h(t).