5. Phương pháp nghiên cứu
5.4.XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUNG BÌNH, VẬN TỐC TỨC THỜI
5.4.1. Mục đích
- Xác định vận tốc tức thời của viên bi tại các điểm trên mặt phẳng ngang có ma sát rất nhỏ.
- So với với vận tốc trung bình trên một đoạn đường bất kì. Từ đó nghiệm lại định luật I Niuton.
5.4.2. Cơ sởlí thuyết
Thả viên bi từ một điểm trên một máng nghiêng cho lăn xuống mặt phẳng ngang với ma sát rất nhỏ. Trên mặt phẳng ngang, do phản lực cân bằng với trọng lực cân bằng với trọng lực nên theo định luật I Niuton, viên bi sẽ chuyển động thẳng đều. Vận tốc tức thời tại mọi điểm bằng nhau và bằng vận tốc trung bình trên một đoạn đường bất kì.
76
5.4.3. Dụng cụthí nghiệm
- Đế 3 chân, giá đỡ có gắn sẵn hai cổng quang và nam châm điện phía trên máng nghiêng nhỏ.
- Công tắc nam châm.
- Thước đo góc có gắn quả dọi, bi thép, khớp nối.
- Máy đo và xử lí thời gian sử dụng PIC 16F877A.
5.4.4. Lắp ráp dụng cụthí nghiệm
1. Nam châm điện lắp trên đỉnh máng nghiêng của giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ cắm C của máy đo.
2. Cổng quang điện 1 và 2 lắp ờ hai vị trí nhất định trên mặt phẳng ngang, cách nhau một đoạn s.
Hai cổng quang này được cắm vào ổ A và B của B của máy đo.
3. Lưu ý phải điều chỉnh để giá đỡ nằm ngang. Điều này được kiểm tra nhờ quả dọi treo ở góc thước đo.
5.4.5. Trình tựthí nghiệm
Đo vận tốc tức thời của bi thép tại các điểm khác nhau trên quĩ đạo
1. Mở công tắc máy đo, chọn bài thí nghiệm chuyển động thẳng đều. Cho nam châm hút giữa bi thép. Dịch chuyển hai cổng quang đến các vị trí cách nhau một khoảng s = 30 cm – 50 cm.
2. Nhấn nút công tắc cho nam châm nhả bi thép. Khi đi qua cổng quang 1, máy đo chỉ t1 là thời gian viên bi chắn chắn cổng hồng ngoại. Tiếp tục chuyển động, bi qua cổng quang 2 trong thời gian t2. Nếu t1 = t2 thì chuyển động của bi là thẳng đều. Ghi lại các giá trị t1, t2.
Hình 5.8:Xác định vận tốc trung bình, vận tốc
77
3. Dùng thước kẹp đo đường kính d của viên bi, nhập giá trị d vào máy đo
qua ma trận bàn phím hay máy tính cá nhân, từ đó tính được vận tốc tức thời của bi tại nơi đặt hai cổng quang điện là: 1 2
1 2 , . d d v v t t = = (6.8)
Đo vận tốc trung bình của viên bi trên các quãng đường khác nhau
1. Cho nam châm hút giữ bi thép. Dịch chuyển hai cổng quang đến các vị trí cách nhau một khoảng s = 30 cm.
2. Đo đoạn đường chuyển động, nhập giá trị s vào máy đo qua ma trận bàn
phím hay máy tính cá nhân.
3. Nhấn nút công tắc cho nam châm nhả bi thép. Khi bi đi đến cổng quang 1, máy đo bắt đầu đếm. Tiếp tục chuyển động, bi đến cổng quang 2 thì đồng hồ ngừng đếm. Đồng hồ chỉ t là thời gian viên bi đi ngãng đường s từ cổng quang 1 đến 2.
4. Ghi nhận giá trị thời gian t và vtb, điền các số liệu thu được vào bảng 5.7. 5. Giữa nguyên cổng quang 1, dịch chuyển cổng quang 2 ra xa cổng quang (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1 mỗi lần 5 cm. Lặp lại các động tác như trên. 6. Hoàn thành bảng số liệu 5.7. Bảng 5.7: Xác định vận tốc tức thời và vận tốc trung bình. d = ... ± ... mm Lần t (s) 1 tt d v t = (m/s) ∆vtt (m/s) s (cm) 𝑡 (s) tb d v t = (m/s) ∆vtb (m/s) 1 2 3 Vận tốc tức thời: vtt = ... ± ... m/s Vận tốc trung bình: vtb = ... ± ... m/s
78
5.4.6. Kết quảthí nghiệm đo bằng bộthí nghiệm tự chế tạo Bảng 5.8: Xác định vận tốc tức thời và vận tốc trung bình. d = 20,70± 0,02 mm Lần t (s) 1 tt d v t = (m/s) ∆vtt (m/s) s (cm) 𝑡 (s) tb d v t = (m/s) ∆vtb (m/s) 1 0,034 0,609 0,007 30 0,520 0,577 0,001 2 0,034 0,609 0,007 30 0,520 0,577 0,001 3 0,033 0,627 0,011 50 0,869 0,575 0,001 4 0,034 0,609 0,007 30 0,521 0,577 0,001 5 0,033 0,627 0,011 50 0,869 0,575 0,001 Vận tốc tức thời: vtt= 0,616±0,009 m/s vtbVận tốc trung bình: = 0,576±0,001 m/s
So sánh kết quả thu được với kết quả đo bằng máy MC – 964 ta được đồ thị hình 5.9.
a) b)
Hình 5.9: Đồthịso sánh vận tốc tức thời (hình 5.9a) và vận tốc trung bình
(hình 5.9b) giữa máy đo thời gian hiện số MC – 964 và máy đo và xửlí thời gian
79
Máy MC-964 mắc sai số lớn khi đo thời gian ngắn (thời gian viên chắn cổng quang điện) và độ chính xác càng cao khi đo thời gian càng lớn nên giá trị vận tốc tức thời đo được ở hai máy có sự chênh lệch khá rõ ở đồ thị hình 5.9a. Trong khi đó, do đó vận tốc trung bình trong thời gian tương đối lớn nên kết quả hai máy thu được là như nhau (đồ thị hình 5.9b).