Frifaldseksperiment (mål g)

Fysik B · STX · B-niveau · Eksperimentelt arbejde

⚛️ Frifaldseksperiment (mål g)

Frifaldseksperiment = klassisk fysik B-skoleforsøg der måler tyngdeacceleration g ≈ 9,82 m/s² (i Danmark, præcis 9,816 m/s² i København).

Princip: et legeme i frit fald (uden luftmodstand) accelererer ned med konstant g.

Galilæos lov: alle objekter falder med samme acceleration uanset masse (vakuum). Demonstreret af Galileo Galilei (anekdotisk fra Pisa-tårnet 1589, faktisk via skråplan).

Bevægelsesligning: h = ½·g·t², hvor h = faldhøjde, t = faldtid. Omsat: g = 2h/t².

Eksperimentelle metoder:

1.

Stopur + målbånd: slip kugle fra h = 1-2 m, mål faldtid med stopur. Stor menneskelig fejl (reaktionstid ~0,2 s).

2.

Lyssensor + datalogger: kugle bryder lysstråle ved start + slut. Præcis tidsmåling (~ms).

3.

Frifaldsapparat med elektromagnet: udløsning + tidstagning automatisk.

4.

Frame-by-frame video: optag faldet med 60 fps kamera, mål position pr. frame. Bedst med ruler i baggrund.

5.

Pendul: T = 2π√(L/g), måler periode + længde, beregner g.

6.

Atwood-maskine: 2 masser over en trisse — reduceret g for bedre måling.

Procedure:

• (a) Lav 5-10 målinger ved samme højde.
• (b) Beregn g for hver.
• (c) Tag middelværdi + standardafvigelse → SI-format: g = (9,82 ± 0,03) m/s².
• (d) Sammenlign med tabel-værdi.

Diskussion-punkter (kritisk for rapporten):

• (a) Luftmodstand: påvirker ikke kort fald af tung kugle, men bør diskuteres.
• (b) Reaktionstid ved manuel stopur.
• (c) Højde-måling: parallakse-fejl.
• (d) Geografi: g varierer 9,78 (ækvator) til 9,83 (poler), pga. Jordens rotation og facon (ikke en perfekt kugle).

Læringsmål

• Planlægge og udføre fysik-eksperimenter
• Behandle data med usikkerhedsanalyse
• Skrive forsøgsrapport med metode og diskussion
• Anvende CAS til grafisk analyse og regression
• Dokumentere eksperimentelle resultater korrekt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv, hvordan man kan bestemme tyngdeaccelerationen g ved hjælp af et frifaldseksperiment
• Brug formlen for frit fald til at beregne g ud fra målte faldtider og faldhøjder
• Diskutér, hvilke fejlkilder der kan påvirke en frifaldsmåling af g

Eksperiment-forslag

• Brug en lyssensor/datalogger eller en mobil-app til at måle faldtiden for en kugle fra forskellige højder, og bestem g via lineær regression af h mod t².
• Optag faldet med en 60 fps-video, brug Tracker til at finde positionen pr. frame, og sammenlign den fundne acceleration med tabelværdien g = 9,82 m/s².
• Diskuter de systematiske fejlkilder (luftmodstand, reaktionstid, parallakse) og vurder, om jeres resultat afviger statistisk signifikant fra 9,82 m/s².

Brobygning

Frit fald er et eksempel på, at energi og bevægelse er forbundne — men når to legemer STØDER sammen, er det IMPULS, der bevares. Næste emne er 'Stød og impulsbevaring'.