Tíhové zrychlení

„Určete velikost místního tíhového zrychlení“ napsal jsem na jednom cvičení z fyziky ve třídě 13L SPŠST Panská na tabuli zadání úkolu laboratorní práce. „Další úkoly zadám pak, nejdříve tohle rozdiskutujeme,“ usmívám se, zatímco žáci si zadání úkolu opisují.

„Tak nejdříve, proč jsou v zadání ta přídavná jména místní a tíhové?“ ptám se a začínám se rozhlížet, kdo zná odpověď.

Po několika nápadech od různých žáků, získáváme jasnou představu, proč měřit tíhové zrychlení a ne gravitační zrychlení. Rotaci Země (a tedy setrvačnou odstředivou sílu, která na tělesa na Zemi také působí) prostě nemůžeme odstranit. Vymyslet, proč chceme měřit místní tíhové zrychlení, bylo snazší. Velikost tíhového zrychlení totiž závisí na nadmořské výšce pozorovatele, na geologickém podloží a dalších parametrech, proto budeme měřit místní velikost.

„Super, tak to máme za sebou. A teď jak budeme měřit?“ pokračuji v dalších dotazech.

„Budeme pouštět těleso na zem a měřit dráhu a čas. Z toho pak určíme velikost tíhového zrychlení,“ zní v obou skupinách třídy stejný nápad.

„Doba toho téměř volného pádu z výšky např. dvou metrů je přibližně 0,7 s,“ uvažuji nahlas. „Nebudou s tím problémy? S měřením takto malé doby?“

„No možná jo,“ ozve se někdo. „Bude záviset na naší reakční době.“

„Přesně tak,“ odpovídám. „Takže to chce jinou metodu - tahle by byla velmi nepřesná.“

Po chvíli tápání a vymýšlení různých metod žáci přišli na to, že bychom mohli použít kyvadlo. Konkrétně matematické kyvadlo, pro které jsme odvodili vztah závislosti jeho periody na délce závěsu a na velikosti tíhového zrychlení. Bylo už jen otázkou chvilky domyslet, že pro zvýšení přesnosti budeme měřit více period kmitání matematického kyvadla. A můžeme začít měřit.

„Každá ze sedmi skupinek proměří to svoje kyvadlo a spočítá svojí velikost tíhového zrychlení. Pak si nasdílíte navzájem průměrnou periodu a délku závěsu vašeho kyvadla a sestrojíte dva grafy:

Pak se pokusíte vymyslet, proč je druhý graf pro fyzikální měření vhodnější.“

Rozdal jsem sedm připravených modelů matematických kyvadel, včetně jednoho s délkou závěsu přibližně 9 m, žáci se rozdělili do skupinek (někdo měřil samostatně, jiní měřili ve dvojici) a měření mohlo začít. Nejdelší kyvadlo jsme spolu s trojicí žáků spustili z okna chodby ve druhém patře směrem na školní dvorek. Dva žáci pak seběhli po schodech dolů a měřili periodu kyvadla dole, zatímco jeden žák přidržoval tyč, na které bylo toto kyvadlo zavěšeno.

Po naměření dat si žáci nasdíleli příslušná data a zbytek měření měli zpracovat doma. Na základě sestrojených grafů se ukázalo, že dva žáci z první skupiny měřili mírně nepřesně, zatímco všichni ze druhé skupiny měřili přesně.

Průběh měření přibližují fotografie.

Autoři fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 26. 3. 2015