Чтобы определить ускорение свободного падения с помощью математического маятника, нужно использовать формулу периода колебаний маятника:
[ T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} ]
где ( T ) — период колебаний, ( L ) — длина подвеса маятника, ( g ) — ускорение свободного падения.
Сначала определим период колебаний маятника. Ученик наблюдал 66 колебаний за 2 минуты 25 секунд. Переведем это время в секунды:
[ 2 \text{ минуты} = 2 \times 60 = 120 \text{ секунд} ]
[ 2 \text{ минуты 25 секунд} = 120 + 25 = 145 \text{ секунд} ]
Теперь можем найти период одного колебания:
[ T = \frac{t_{\text{общ}}}{N} = \frac{145 \text{ секунд}}{66 \text{ колебаний}} \approx 2.197 \text{ секунд} ]
Теперь, зная период колебаний и длину подвеса маятника, можно найти ускорение свободного падения. Перепишем формулу периода и выразим из неё ( g ):
[ T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} ]
Возведем обе стороны уравнения в квадрат:
[ T^2 = (2\pi)^2 \frac{L}{g} ]
Теперь выразим ( g ):
[ g = \frac{(2\pi)^2 L}{T^2} ]
Подставим известные значения:
[ L = 1.2 \text{ м} ]
[ T = 2.197 \text{ секунд} ]
[ g = \frac{(2\pi)^2 \cdot 1.2}{(2.197)^2} ]
Вычислим численное значение:
[ (2\pi)^2 \approx 39.478 ]
[ (2.197)^2 \approx 4.829 ]
Теперь подставим эти значения в формулу:
[ g = \frac{39.478 \times 1.2}{4.829} \approx 9.814 \text{ м/с}^2 ]
Таким образом, ученик получил значение ускорения свободного падения, равное примерно ( 9.814 \text{ м/с}^2 ).