การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 1

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ

วัตถุประสงคการทดลอง 1. เพื่อศึกษาการหาคา ณ ตําแหนงที่ทําการทดลอง g

2. เพ่ือทดสอบความสัมพันธของเวลากับระยะทางที่ตกลงมาในแนวดิ่ง 3. เพ่ือศึกษาขนาดมวลของวัตถุที่ตกลงมาในแนวดิ่งมีผลตอคา g ณ ตําแหนงที่ทําทดลองหรือไม

ทฤษฎี

รูปที่ 1 แสดงแผนภาพการตกอยางอิสระ

สําหรับการตกอยางอิสระสมการการเคลื่อนที่ของวัตถุในแนวดิ่ง

212oyy v g= + t (1)

เมื่อปลอยใหตกอยางอิสระ ความเร็วเริ่มตน 0oyv = ดังรูปที่ 1 ได

2

2gy ⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠t (2)

ซึ่งสมการที่ (2) เปนสมการทําการ (Working Equation) ทําใหเรารูวาเมื่อ เปนตัวแปรตน และ เปนตัวแปรตามแลว ตัวแปรที่สามารถวัดคาไดคือ ที่ระยะความสูงตางๆ (

y 2ty ) และเวลา ( ) ณ ชวงความสูงนั้น ๆ ก็สามารถหา

คา t

g ได

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 2

ถานํามาเขียนกราฟสัมพันธระหวางกําลังสองของเวลา ( ) ที่ระดับความสูง ( ) ตาง ๆ จะไดกราฟเสนตรง

ที่มีคาความชัน (Slope) =

2t y

2g

และจากสมการที่ (2) สามารถนํามาหาคา ไดจากสมการ g

2

2ygt

= (3)

สําหรับสมการขางตนพบวาขนาดของมวลที่นํามาปลอยตกอยางอิสระจะไมมีผลตอคา สําหรับคา ทาง

ทฤษฎีที่ระดับน้ําทะเลมีคาประมาณ 9.81 m/sg g

2

อุปกรณการทดลอง 1. ชุดทดลองอเนกประสงคทางกลศาสตร 2. มวลเหล็กแบบทรงกลม 2 ขนาด

วิธีการทดลอง 1. ประกอบอุปกรณชุดทดลองการตกอยางอิสระ

2. เมื่อกดสวิทซ Power ขดลวด Solenoid จะเกิดอํานาจแมเหล็ก 3. นําลูกเหล็กกลม ไปชั่งหามวลบันทึกคาไว แลวนําไปติดไวดานลางของขดลวด 4. นาฬิกาจับเวลาถูก Reset เปน 00 และบานพับดานลางที่ติดกับ Limit Switch จะถูกกดติดกับแปนรองรับ 5. กดสวิทซ Start ขดลวด Solenoid จะหมดอํานาจแมเหล็ก ลูกเหล็กตกอยางอิสระ ในขณะนี้นาฬิกาจะเดิน

ปรากฏตัวเลขขึ้นที่หนาปทมและเมื่อลูกเหล็กกระทบบานพับดานลาง(ซึ่งเปนวงจรปดของนาฬิกาจับเวลา) ทําใหวงจรตัดการทํางานเปนผลทําใหนาฬิกาหยุดเดินอานคา เวลา ( t ) ที่ลูกเหล็กตกจากระดับความสูง ( ) ได บันทึกขอมูลลงในตารางที่ 1 y

6. เปล่ียนระดับความสูง ( ) แลวจับเวลาที่ระดับความสูงตางๆ อยางนอย 6 ระดับบันทึกคาเวลาที่ระดับความสูงตางๆ แลวนํามายกกําลังสอง แลวเขียนกราฟแสดงความสัมพันธระหวางคา

yy ตางๆ ( แกนตั้ง)

กับกําลังสองของเวลา ( )2t ( แกนนอน) จะไดกราฟเปนเสนตรง คํานวณหาคาความชัน (Slope) แลว

คํานวณหาคา g จากคาความชัน (Slope) = 12

7. คํานวณหาคา จากสูตร ในสมการที่ 3 คือ g 2

2ygt

= ลงในชองสุดทายของตารางแลวหาคาเฉล่ีย

เปรียบเทียบคา g จากขอ 5 กับขอ 6 และคาจากทฤษฎี หา % ผิดพลาดแลววิเคราะหพรอมอภิปรายและสรุปผลการทดลอง

8. เปล่ียนขนาดลูกเหล็กอีก 1 ขนาด แลวทดลองตั้งแตขอ 1–7 (โดยบันทึกในตารางที่ 2)

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 3

ใบบันทึกผลการทดลอง การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ

ชื่อผูทดลอง 1. ……………………………………………… รหัส.................................... กลุม.......................... ชื่อผูรวมทดลอง 2. ……………………………………………… รหัส.................................... กลุม.......................... 3. ……………………………………………… รหัส.................................... กลุม.......................... 4. ……………………………………………… รหัส.................................... กลุม.......................... ทําการทดลองวันที่..................................................................... เวลา....................................

ผลการทดลอง ตารางท่ี 1 ขนาดของมวล ……………………….. กรัม ครั้งที่ ระดับความสูง h (m) เวลาที่ลูกเหล็กตก t (s) 2t (s2) g (m/s2)

คา g เฉล่ีย = ……………………………………. m/s2

ตารางท่ี 2 ขนาดของมวล ……………………….. กรัม ครั้งที่ ระดับความสูง h (m) เวลาที่ลูกเหล็กตก t (s) 2t (s2) g (m/s2)

คา เฉล่ีย = ……………………………………. m/sg 2

ตัวอยางการคํานวณ

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

ลงชื่อ...................................................................อาจารย

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 4

วิเคราะหผลการทดลอง กราฟแสดงความสัมพันธระหวาง กับ จากตารางที่ 1 y 2t

ความชันของกราฟ = …………………………………………………….. สมการเสนตรง = …………………………………………………….. y คา = …………………………………………………….. g ตัวอยางการคํานวณ

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 5

กราฟแสดงความสัมพันธระหวาง กับ จากตารางที่ 2 y 2t

ความชันของกราฟ = …………………………………………………….. สมการเสนตรง = …………………………………………………….. y คา g = …………………………………………………….. ตัวอยางการคํานวณ

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 6

สรุปผลการทดลอง .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................

อภิปรายผลการทดลอง .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................

ขอเสนอแนะ .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 7

คําถามทายการทดลอง 1. การหาคา g โดยวิธีใหวัตถุตกอยางอิสระที่ใชในการทดลองนี้สามารถนําไปหาคา g บนดวงจันทร หรือดาวเคราะหดวงอื่น ๆ ไดหรือไมจงแสดงความคิดเห็น .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. 2. ปจจัยใดบางที่มีผลตอการทดลองนี้ และขนาดของมวลมีผลอยางไร .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 8

การทดลองเสมือนเร่ืองความเรงโนมถวงของโลก http://www.electron.rmutphysics.com/g

ทดลองการตกอยางอิสระ (Free falling) โดยปลอยคอมพิวเตอรยี่หอแอปเปลลงจากดาดฟาของตึก ทานจะไดฝกวาดกราฟ ระหวางระยะทาง y กับเวลา t และนําไปคํานวณหาคา g มีวีดีโอการทดลองใหไดชมดวย คลิกคะ

ใบบันทึกผลการทดลอง

บันทึกใหดูเปนตัวอยาง 1 คา ถัดจากนั้นทานบันทึกเองทั้งหมด ชอง t กับ y ไดจากการทดลองสวนชอง t2 คํานวณจากเครื่องคิดเลข คาที่ไดทั้งหมดนําไปเขียนกราฟที่กําหนดมาตราสวนใหแลว

ทดลองใส 2 คาแรกใหดูเปนตัวอยาง ทีเหลือทานใสดวยตนเอง

t(s) y (m) t2(s2)

0.00 12.84 0

0.033 12.71 0.001

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 9

วาดกราฟระหวาง y (แกนตั้ง) กับ t2 (แกนนอน)

y (m)

12

10

8

6

4

2

t2 (s2) 1 2

จาก y = 1/2 gt2 = slope x t2

หา Slope = 12

12

xxyy

−−

= _________

g experiment = 2 x slope = _________ m/s2 เทียบกับคา 9.8 m/s2

เปอรเซนตความผิดพลาด = %

.

.experimentg100

89

89×

−

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 10

วีดีโอการศึกษา

นักวิทยาศาสตรทดลองปลอยขนนกกับเหรียญบาทในหลอดสูญญากาศ ขนาดใหญ

จงกากบาทคําตอบที่ถูกตอง

คําถาม

อะไรตกไดเร็วกวาในหลอดสูญญากาศ

ก. ขนนก ข. เหรียญ ค. เร็วเทากันทั้งคู

คําตอบนาประหลาดใจสุดๆ พรอมกับมีการทดลองปลอย ขนนกและฆอนบนดวงจันทรใหดูดวย คลิกคะ

คําถาม

เราสามารถเอาชีวิตรอดจากลิฟทที่กําลังตกนั้นดวยการกระโดดออกมาไดหรือไม

ก. ได ข. ไมได ค. ตองเปนลิฟตที่ไมมีหลังคาเทานั้น

คําตอบคืออะไร คลิกครับ

การทดลองที่ 3 การตกอยางอิสระ 3 - 11

น้ําหนักของทานเทากับ ________kg

ดาวพุธ

น้ําหนักของทานบนดาวพฤหัสบดีเทากับ __________kg น้ําหนักของทานบนดาวเคราะหแคระพลูโตเทากับ __________kg

ปลอยลูก Apple จากบนตึกเอมไพรสเตท หอไอเฟล เทพีเสรีภาพ และ ฯลฯ เครื่องคอมพิวเตอรจะคํานวณหาเวลาและความเร็วของลูก Apple ขณะตกถึงพ้ืนใหทานไดทราบ

บันทึกคาโดยเลือกสถานที่หน่ึง

ความสูงของ ___________________คือ _____________เมตร ใชเวลาการตก _______วินาที

การตกของผูหญิงคนหนึ่ง

คําถาม

การตกของผูหญิงคนนี้เปนการตกแบบอิสระ ใชหรือไม อธิบายเหตุและผล

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

หนังสืออิเล็กทรอนิกส

ฟสิกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสิกส 1 (ความรอน)

ฟสิกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวิทยาฟสิกส เอกสารคําสอนฟสิกส 1ฟสิกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสิกสดวยภาษา c ฟสิกสพิศวง สอนฟสิกสผานทางอินเตอรเน็ต

ทดสอบออนไลน วีดีโอการเรียนการสอน หนาแรกในอดีต แผนใสการเรียนการสอน

เอกสารการสอน PDF กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร

แบบฝกหัดออนไลน สุดยอดสิ่งประดิษฐ

การทดลองเสมือน

บทความพิเศษ ตารางธาตุ)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานุกรมฟสิกส ลับสมองกับปญหาฟสิกส

ธรรมชาติมหัศจรรย สูตรพื้นฐานฟสิกส

การทดลองมหัศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหัดกลาง

แบบฝกหัดโลหะวิทยา แบบทดสอบ

ความรูรอบตัวท่ัวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐี( คดีปริศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คําศัพทประจําสัปดาห ความรูรอบตัว

การประดิษฐแของโลก ผูไดรับโนเบลสาขาฟสิกส

นักวิทยาศาสตรเทศ นักวิทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพิศวง การทํางานของอุปกรณทางฟสิกส

การทํางานของอุปกรณตางๆ

การเรียนการสอนฟสิกส 1 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. การวัด 2. เวกเตอร3. การเคลื่อนท่ีแบบหนึ่งมิต ิ 4. การเคลื่อนท่ีบนระนาบ5. กฎการเคลื่อนท่ีของนิวตัน 6. การประยุกตกฎการเคลื่อนท่ีของนิวตัน7. งานและพลังงาน 8. การดลและโมเมนตัม9. การหมุน 10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง11. การเคลื่อนท่ีแบบคาบ 12. ความยืดหยุน13. กลศาสตรของไหล 14. ปริมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอท่ีหน่ึงและสองของเทอรโมไดนามิก 16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร

17. คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง การเรียนการสอนฟสิกส 2 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. ไฟฟาสถิต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตัวเก็บประจุและการตอตัวตานทาน 5. ศักยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหล็ก 8.การเหนี่ยวนํา9. ไฟฟากระแสสลับ 10. ทรานซิสเตอร 11. สนามแมเหล็กไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเห็น13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตัม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นิวเคลียร

การเรียนการสอนฟสิกสท่ัวไป ผานทางอินเตอรเน็ต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปลฮารโมนิก คลื่น และเสียง

5. ของไหลกับความรอน 6.ไฟฟาสถิตกับกระแสไฟฟา 7. แมเหล็กไฟฟา 8. คลื่นแมเหล็กไฟฟากับแสง9. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร

ฟสิกสราชมงคล