Frit fald: Teoretisk og eksperimentel bestemmelse af g

Formålet med forsøget er at bestemme sted- og hastighedsfunktion for et frit fald.

Teori

Når et legeme i bevægelse kun er påvirket af tyngdekraften kaldes det et frit fald. Vi må dog antage at tyngeaccelerationen (g) er konstant og ikke tage hensyn til luft- og gnidningsmodstand.

For bevægelse med konstant acceleration gælder følgende formel:

s = ½ ? a ? t²

Hvor a er lig tyngdeaccelerationen, g, for et frit fald i tyngdefeltet.

Tyngdeaccelerationen er dog ikke konstant da den variere i højden pga. tyndekraftens variation i afstanden mellem det faldende legeme, i dette forsøg loddet, og massecentre i Jorden. Tyngeaccelerationen varierer mellem 9,78 m/s2 og 9,83 m/s2 afgørende hvilken del af kloden man befinder sig på. Tyngdeaccelerationens retninger er altid mod disse massecentre. Galileo opdagede også i Pisa hvorledes alle slags objekter accelerer med samme hastighed i et frit fald, uanset masse og struktur, men igen er der set bort fra luft- og gnidningsmodstand.

Af mekanikkens energisætning i tyngdefeltet ved vi, at den mekaniske energi ved frit fald er bevaret. Den mekaniske energi er altså konstant, og heraf har vi:

Emek 1= Emek 2

Epot 1 + Ekin 1= Epot 2 + Ekin 2

Under faldet vil højden falde og den potentielle energi vil derfor falde. Samtidig vil loddets hastighed øges under faldet, og den kinetiske energi vil derfor stige. Loddets mekaniske energi vil i henhold til mekanikkens energisætning være bevaret, ?Emek = 0, og tabet i potentiel energi må derfor være lig stigningen i kinetisk energi.