5.8. Nehézségi gyorsulás értékének meghatározása Audacity számítógépes akusztikus mérőprogram segítségével

A kísérlet célja  

Az Audacity számítógépes mérőprogram használata pontos időmérésre! A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása.

Szükséges anyagok, eszközök

• Nagyobb méretű acél csapágygolyó
• Nem teljesen sima felületű kerámialap (járólap)
• Fémtálca
• Mérőszalag
• Számítógép (Audacity akusztikai mérőprogrammal)
• Mikrofon

Leírás

A járólapot a vízszintes asztalra helyezzük, a fémtálcát a földre. Mérjük le a két felület közötti magasságkülönbséget!

A lemért magasságba beállított vízszintes kerámialapon gurítsuk el a golyót úgy, hogy az a fémlapra essen! A mikrofont helyezzük el közel a járólaphoz! A kissé egyenetlen felületű kerámialapon a golyó jellegzetes hanggal gurul. Amikor a golyó a lap szélét elhagyva esni kezd, a hang megszűnik, végül a talajra leérkező golyó hangosan koppan.

Feladatok

• Készítsünk hangfelvételt az Audacity program segítségével a golyó mozgását kísérő hangokról! A hangfelvétel grafikonján mérjük meg a golyó eséséhez tartozó időszakaszt (a guruló golyó hangja és a koppanás közötti csendes tartományt) ezredmásodperces pontossággal! (A mikrofonnak van egy jellegzetes lecsengése (nem azonnal lesz a jelszínt alacsony a csendes tartományon), így nem teljesen egyértelmű, hogy mikor kezd esni a golyó. Érdemes a felvételt visszahallgatva eldönteni, hogy mikor hagyja el a golyó a kerámia lapot.)
• A mért magasság- és időadat alapján határozzuk meg a nehézségi gyorsulás értékét! Soroljuk fel milyen hibaforrások lépnek fel a kísérlet során. Határozzuk meg a kapott eredmény relatív hibáját!

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

• A kísérlet során igazából egy vízszintes hajítást vizsgálunk. Miért nem foglalkozunk a golyó vízszintes irányú sebességével a kiértékelés során?

Módszertani kiegészítések

• Az Audacity program használati útmutatója megtalálható a fizika tanítás a középiskolában I. jegyzet 702. oldalán.
• Sajnos ennél a kísérletnél hatalmas hibát okozhat, hogy a mikrofon által kimért hangnyomás görbe alapján nem lehet eldönteni, mikor kezd esni a golyó (a már említett lecsengés miatt). Tanári demonstráció esetén érdemes kicsit „csalni”: előzetesen ki lehet számolni az adott magasság megtételéhez szükséges időt (feltételezve a pontos 9,81 m/s² gyorsulást). A leérkezés jól meghatározott időpontjától az időtartományt addig kell kijelölni, míg a pontosan kiszámított értéket nem kapjuk.
• Vegyük észre, és hívjuk is fel a diákok figyelmét arra, hogy a földi nehézségi gyorsulás értékének mérése a négyzetes úttörvényre alapozott egyszerű út-idő méréssel nehéz, mert g értéke viszonylag nagy. Emiatt, ha alacsony távolságot választunk, az időmérés pontatlansága miatt a végeredmény hibája is nagy. A fent említett sokféle módszerrel az időmérést igyekeztünk pontosítani. Érdemes házi feladatként feladni a diákoknak, hogy akár Galilei korában akár a 21. században hogyan lehet még pontosabbá tenni a mérést a lejtővel.
• Tantermi körülmények között g legpontosabb mérési módszere, ha egy fonálinga hosszát és lengésidejét mérjük meg, és a lengésidőre vonatkozó képletből kiszámítjuk g értékét (itt is hosszúságot és időt mérünk!!!). Ez természetesen másik fejezete a tananyagnak, de érdemes visszautalni később.