重力加速度について

重力加速度を求める実験についての質問です。
重力加速度を求めるために、おもりを紙テープの先端につけて、記録タイマーに通して落下させ、打点の間隔から重力加速度を測定するという実験を行いました。
そこで質問があります。わからないことだらけですが、その中から特によくわからないこと挙げてみました、困っているので回答お願いします。

１．計算した重力加速度は３回やってすべて理論値の９．８ｍ／ｓ＾２よりも小さかったのですが、これはなぜなんでしょうか？
そして、これを改善（理論値に近づける）ためにはどうすればよいのでしょうか？

２．おもりを増やしても値は変わらない、とされていますが、実際実験してみるとおもりが多いほうがより９．８に近づきました。
このような実験において、測定値はおもりの数や大きさの違いに依存するのでしょうか？

よろしくお願いします。


２．

No.2 ベストアンサー 回答者： denbee 回答日時： 2008/04/29 22:06

>１．計算した重力加速度は３回やってすべて理論値の９．８ｍ／ｓ＾２よりも小さかったのですが、これはなぜなんでしょうか？

おそらく、紙テープを落とす時に生じる空気抵抗や、記録タイマーと
接地する場所の摩擦などによって、重力に対する反力が発生したものと
思われます。

>２．おもりを増やしても値は変わらない、とされていますが、実際実験してみるとおもりが多いほうがより９．８に近づきました。
>このような実験において、測定値はおもりの数や大きさの違いに依存するのでしょうか？

重りの重さが大きくなれば相対的に上記の空気抵抗や摩擦力の影響が小さくなるため、
理論値に近付いたものと思われます。

より理論値に近づけるには、空気抵抗を無くすために真空状態で実験を行い、
接点の摩擦をなくすためにレーザー測定くらいまで行えば影響は
減らせるでしょうが、そのあたりは、実験の趣旨や求められる精度、
および予算との兼ね合いになるでしょう。

No.8 回答者： htms42 回答日時： 2008/05/01 06:58

紙テープと交流タイマーでの速度測定は使われ始めてからもう３０年ほどになります。

疑問点に対する議論も十分なされていると思います。

９．８ｍ／ｓ２は日本の標準値として教科書の中で使っている数字です。小数点下２桁目から下の値は各場所によって変わってきます。理科年表にはその値が載っています。

普通の測定ではこの数字の８のところでずれが出ます。
小さい目に出ますから何かの抵抗がある事になります。でも抵抗があれば何でも空気抵抗と言ってしまうのは荒すぎます。
紙テープにタテの折り目をつけるといいとか
打点タイマーと放電タイマーとでは値が変わってくるとか
言われていることをヒントにして抵抗の理由を考えてみてください。

打点間の距離には精度がなくても打点の数自体にはかなりの精度があります。電磁石、切り替えスイッチと組み合わせると１／６０まで測ることのできる時計になります。

No.7 回答者： opechorse 回答日時： 2008/04/30 23:21

大学の授業(基礎実験)ですよね

昔やった記憶があります
この場合、NO4さんの回答が正論になります
既知のことを精度がでないことも含めて検討推論してレポート作成することが目的になります
それで理由ということを考えるとほかの摩擦・測定機器の慣性などが原因だと思います
重力異常の可能性はないです
その理由を書くと丸投げの質問に解答するようなものなので
あえて記載は避けたいと思います

No.6 回答者： windermere 回答日時： 2008/04/30 15:56

　ANo.4とANo.5の追記です。

　ついつられて理論値と書いてしまいましたが、
重力加速度の値は理論的に求めたものではなく測定値です。
　1901年の国際度量衡総会で標準の値を9.80665ｍ／ｓ＾２と定義したのだそうです。

　

No.5 回答者： windermere 回答日時： 2008/04/30 11:37

　ANo.4は、測定精度を上げようという質問者さんの熱意を無視したような回答でしたね。

　しかし、測定値が理論値と合わないのはなぜかという疑問を持たれたことはたいへん良いことではあるのですが、
その疑問を解くにあたって、
　これはなぜなんでしょうか？
　どうすればよいのでしょうか？
　依存するのでしょうか？
などと疑問点をネットに丸投げしてしまうのはいただけませんね。
　自分であれこれ考察したり実験を繰り返したりしてみた結果こう考えるのですがいかがでしょうか
というような問いかけをするようにしてください。


　

No.4 回答者： windermere 回答日時： 2008/04/30 10:58

　学校の授業での実験でしょうが、

そもそも紙テープと記録タイマーという単純素朴な実験器具を使っての実験なのですから、
理論値に近い測定結果を求めるのは無理ですよ。
　その実験は、重力加速度とはどういうものかを理解してもらうためのもので、
精度の高い測定値を求めているものではありません。

No.3 回答者： debukuro 回答日時： 2008/04/29 22:10

問題１.日本は重力異常があります

他にも実験にそぐわない条件が五万とあります
それを調べるのが実験です
９．８メートル毎秒毎秒になるにきまっているじゃないか
これだったら実験をする必要はありません
ファラデー卿はこんなことを言っています

実験が上手くいかなかったからといってガッカリするすることはありません
結果が分からないからこそ実験をするのです
思った結果にならなかったときは
実験の方法が間違っていた
実験は正しかったが予想した結果が違っていた
実験の目的が違っていた
など色々な原因が考えられます
それを調べるのが科学です

どうです
流石にファラデー先生いいことを言うじゃありませんか

No.1 回答者： fifaile 回答日時： 2008/04/29 21:59

1

重力加速度の値は厳密なものです。
その実験の誤差、計算差異などを考慮して、精度がどのくらいの実験をしているのでしょうか。
おそらくそんなに精度がいい実験をしているわけではないと思います。
また理系実験では　理論に近づけること＝改善　としてはいけません。
理論が正しいとは限らないからです。
とはいえ空気抵抗って計算してますか？
落下速度から重力加速度を計算しているのなら、空気抵抗の分減速するので値は小さくなりますよ。

2
重いほうが空気抵抗の影響が小さいからです。