การทดลอง หาความเร่งโน้มถ่วง

วัตถุประสงค์
เพื่อศึกษาการหาความเร่งของวัตถุที่ตกแบบอิสระ

หลักการทำงานของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา
เครื่องเคาะสัญญาณเวลาเป็นอุปกรณ์ที่ใช้หาอัตราเร็วของวัตถุ เมื่อต่อเครื่องเคาะสัญญาณเวลาเข้ากับความต่างศักย์ 6-12 โวลต์ ของหม้อแปลงโวลต์ตํ่า จะทำให้คันเคาะสั่นด้วยความถี่เท่ากับความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้คือ 50 ครั้งต่อวินาที เมื่อดึงแถบกระดาษที่สอดใต้กระดาษคาร์บอนจะทำให้เกิดจุดต่าง ๆ เรียงกันบนแถบกระดาษ จุดเหล่านี้ช่วยให้ทราบระยะทางกับเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่เพราะเวลาระหว่างจุด 2 จุดที่เรียงกัน เท่ากับ 1/50 วินาที ข้อมูลเวลาและระยะทางช่วยให้วิเคราะห์หาอัตราเร็วได้

อุปกรณ์การทดลอง
1. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา (2012326)
2. หม้อแปลงโวลต์ตํ่า (2019252)
3. สายไฟพร้อมแจ๊คเสียบคู่ (2019105)
4. ถุงทราย 500 กรัม (2016045)

รูปที่ 1 ตัวอย่างการเตรียมการทดลอง

วิธีการทดลอง

1. ยึดเครื่องเคาะสัญญาณเวลาไว้ที่บริเวณขอบโต๊ะให้อยู่สูงจากพื้นประมาณ 1 เมตร หรือมากกว่า
2. นำเครื่องเคาะสัญญาณเวลาต่อเข้ากับหม้อแปลงโวลต์ตํ่าที่ความต่างศักย์ 6 – 12 โวลต์
3. ติดกระดาษคาร์บอนไว้ที่หมุดของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา โดยให้กระดาษอยู่ใต้เข็มเคาะ
4. นำถุงทรายติดกับปลายด้านหนึ่งของแถบกระดาษ
5. สอดแถบกระดาษอีกด้านเข้าไปในช่องสำหรับใส่กระดาษของเครื่องเคาะสัญญาณเวลาโดยให้แถบกระดาษอยู่ด้านล่างกระดาษคาร์บอน ดังรูปที่ 1

รูปที่ 2 ตัวอย่างวิธีการทดลอง

6. จับที่ปลายของแถบกระดาษด้านบนและจัดถุงทรายด้านล่างให้อยู่ชิดกับตัวเครื่องเคาะสัญญาณเวลามากที่สุด ดังรูปที่ 2
7. เปิดสวิตช์ให้เครื่องเคาะสัญญาณเวลาทำงาน จากนั้นปล่อยแถบกระดาษให้วัตถุตกลงพื้นอย่างอิสระ
8. นำแถบกระดาษที่ได้มาวิเคราะห์เพื่อหาความเร็วขณะหนึ่ง ณ เวลากึ่งกลางของแถบกระดาษในช่วงนั้น (เริ่มจากจุดที่มีระยะห่างชัดเจน จุดไม่ซ้อนหรือชิดกันจนเกินไป ดังรูปที่ 3)
9. บันทึกผลการคำนวณในตารางบันทึกผลและเขียนกราฟระหว่าง v_n กับ t

รูปที่ 3 ตัวอย่างแถบกระดาษจากการทดลอง

วิธีการคำนวณและบันทึกการทดลอง
S_n วัดระยะจากจุดเริ่มต้น (0) ถึงจุดที่ n
ΔS_n ระยะชั่วขณะของจุดที่ n เช่น ΔS₁ = S₂ - S₀ , ΔS₂ = S₃ - S₁ ไปจนถึง ΔS₁₂ = S₁₃ - S₁₁
V_n ความเร็วชั่วขณะหาได้จาก V_n = ΔS_n / Δ t
Δt เครื่องเคาะสัญญาณมีความถี่คงที่ที่ 50 Hz ดังนั้นผลต่างของเวลาในช่วง ΔS_n จึงเท่ากับ 0.04 s
Slope ความชันจากกราฟที่ plot ระหว่างเวลา (t) กับความเร็วชั่วขณะ (V_n) จะได้เป็น g = 9.8 m/s²

ตัวอย่างตารางบันทึกผลการทดลอง

ตัวอย่างกราฟจากตารางบันทึกผลการทดลอง

ข้อเสนอแนะ

1. กระดาษคาร์บอนจะต้องไม่กดแน่นเกินไป เมื่อดึงแถบกระดาษผ่านกระดาษคาร์บอน กระดาษคาร์บอนจะต้องหมุนไปด้วยจึงจะใช้ได้
2. กระแสไฟฟ้าที่ใช้ ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น โดยเสียบไฟกระแสสลับไม่เกิน 12 โวลต์ และไม่ใช้งานติดต่อกันเกิน 10นาที เพราะอาจทำให้ลวด COIL ร้อนเกินไป
3. เมื่อใช้หลาย ๆ ครั้ง กระดาษคาร์บอนอาจชำรุด ควรเปลี่ยนใหม่โดยใช้กระดาษคาร์บอนที่ใช้กันในสำนักงานทั่ว ๆ ไป ตัดเป็นแผ่นวงกลมแล้วนำมาเปลี่ยน
4. ควรระมัดระวังอย่าให้เครื่องเคาะสัญญาณเวลาตกกระทบพื้น เพราะจะทำให้อุปกรณ์หรือชิ้นส่วนต่าง ๆ ชำรุดเสียหายได้

Gravitational Acceleration Experimant

สินค้าแนะนำ

เครื่องเคาะสัญญาณเวลา

หม้อแปลงโวลต์ตํ่า

สายไฟพร้อมแจ๊คเสียบคู่

ถุงทราย 500 กรัม