陳遷宇
摘 要 重力加速度是物理學(xué)中的一個(gè)重要的物理量。在地面不同的地區(qū),重力加速度g值有所不同。認(rèn)識(shí)到重力加速度產(chǎn)生的原理,不僅能夠理解其與萬(wàn)有引力的關(guān)系,同時(shí)能較為準(zhǔn)確地通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)定重力加速度的量值,本文用改變擺臂長(zhǎng)度的方法設(shè)計(jì)了一種重力加速度測(cè)量?jī)x,無(wú)論從理論上、科研上、還是生產(chǎn)及軍事上都有極其重大的意義。
關(guān)鍵詞 重力加速度;萬(wàn)有引力;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);重力加速度測(cè)量?jī)x
中圖分類號(hào) O4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363(2017)17-0093-02
1 重力加速度定義
重力加速度(Gravitational acceleration)是一個(gè)物體受重力作用的情況下所具有的加速度。也叫自由落體加速度,用g表示。方向豎直向下,其大小由多種方法可測(cè)定。
設(shè)A地經(jīng)度、緯度、海拔分別為a、b、h;到同經(jīng)緯度的海拔為0的點(diǎn)K到o點(diǎn)的距離為r,則該地距離球心的距離為R=h+r。
這樣就表示了橢球面上任意一點(diǎn)的重力加速度大小和方向。
一般來(lái)說(shuō),由于在地球兩級(jí)不需要提供向心力,重力加速度G達(dá)到最大值;反之,在赤道上,由于萬(wàn)有引力的一部分要抵消離心力,提供自轉(zhuǎn)時(shí)的向心加速度,此時(shí)重力取得最小值。這是在地表的情況。
根據(jù)萬(wàn)有引力定律,高程也影響重力加速度G,隨著高度的增加,引力減小,于是重力作為萬(wàn)有引力的一個(gè)分量也減小。
2 重力加速度度量方法
近年來(lái),不同的研究者利用不同的測(cè)試方法對(duì)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣冗M(jìn)行了測(cè)試研究。主要有平衡法、單擺法、斜面法等幾種測(cè)試重力加速度的方法。本文在此基礎(chǔ)上,提出用改變擺臂長(zhǎng)度的方法,用多擺法以消除單次測(cè)量單擺擺長(zhǎng)的系統(tǒng)誤差,達(dá)到較為精確的測(cè)量重力計(jì)算速度值的目的。
理論上,兩個(gè)不同的改變擺長(zhǎng),所測(cè)定的重力加速度應(yīng)該相等,通過(guò)對(duì)50次單擺計(jì)次的時(shí)間,減小認(rèn)為的計(jì)時(shí)誤差,測(cè)試數(shù)據(jù)偏差的原因主要來(lái)自于對(duì)擺長(zhǎng)測(cè)量的誤差,因?yàn)樵诖藴y(cè)量系統(tǒng)中,單擺的周期可以通過(guò)重復(fù)計(jì)數(shù)最終去平均值而減小誤差,但對(duì)擺長(zhǎng)的測(cè)量,每一次都不能絕對(duì)的重復(fù),這是誤差的一個(gè)主要原因。
4 測(cè)試實(shí)驗(yàn)誤差分析
單擺測(cè)量過(guò)程中,由于假定了擺球?yàn)橘|(zhì)點(diǎn),這個(gè)假定在擺長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí),時(shí)較為合理的,但在擺長(zhǎng)較短,并且擺球的體積不可忽略時(shí),近似處理會(huì)顯得與實(shí)際情況有較大差距,主要的問(wèn)題是,質(zhì)點(diǎn)不再是一個(gè)點(diǎn),而是會(huì)產(chǎn)生另一種頻率的擺動(dòng),在原先的單擺形式,逐漸轉(zhuǎn)化成了擺線以及所謂質(zhì)心兩者的復(fù)擺。這個(gè)復(fù)擺關(guān)系的定量討論,留著下一步工作的重點(diǎn)。
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