Fyzika v 23L

Měření velikosti tíhového zrychlení

Když jsme se žáky třídy 23L SPŠST Panská na laboratorním cvičení z fyziky spočítali několik úloh na téma matematické kyvadlo, zadal jsem úkol k měření: proměřit velikost místního tíhového zrychlení.

Po chvíli si všichni uvědomili přímou souvislost s probíranou látkou: ve vztahu popisujícím periodu kmitání matematického kyvadla s danou délkou závěsu vystupuje i velikost tíhového zrychlení. Proto když změříme periodu kmitání kyvadla a délku jeho závěsu, můžeme dopočítat velikost tíhového zrychlení.

„Proč jsem napsal tíhové zrychlení?“ ptám se v rámci opakování z minulého školního roku.

Odpovědi jsme nakonec dohromady dali, ale přesvědčivý výkon to nebyl.

„Nacházíme se na Zemi, která rotuje kolem své osy. A proto na nás působí ještě i síla odstředivá. Tíhová síla je pak výslednicí gravitační síly a odstředivé síly. Po vydělení hmotností platí stejné úvahy i pro zrychlení,“ upřesňuji.

„A proč jsem napsal, že budeme měřit velikost místního tíhového zrychlení?“ ptám se dále.

Tady byly odpovědi už přímočařejší: hodnota této charakteristiky tíhového pole Země se mění v závislosti na nadmořské výšce, geologickém podloží, …

Když si ujasníme, že budeme měřit 10 period kmitání kyvadla kvůli potlačení reakční doby člověka, můžeme se pustit do měření.

„Naměřené délky závěsů kyvadel a průměrné periody kmitání si po měření navzájem nasdílíte, abyste mohli sestrojit grafy závislosti periody kmitání na délce závěsu a na odmocnině z délky závěsu,“ dodávám.

Žáci si pustili do měření na několika stanovištích. Jednak, aby si samostatně procvičili měření a jeho zpracování, jednak proto, abychom měli dostatek dat pro sestrojení zadaných grafů. Délky závěsů připravených modelů matematických kyvadel byly od cca 15 cm až po necelých 9 metrů. Toto kyvadlo jsme realizovali pomocí tenisového míčku vylitého olovem zavěšeného na kevralovém vlákně spuštěným z okna na školní zahradu.

Naměřená data měli žáci zpracovat doma a poté odevzdat. Některé ze žákovských grafů byly dost nepřesné a bylo vidět, že je žáci dělali velmi rychle. Některé z nich ale na druhou stranu byly velmi pečlivé a se správným fyzikálním komentářem.

Pro další studium technických předmětů je dobré si pamatovat, že graf vycházející lineárně, je velmi vhodný pro další zpracování – s lineární funkcí se totiž pracuje ze všech funkcí nejjednodušeji.

Průběh měření je zobrazen na fotografiích.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl