Đo độ lớn gia tốc rơi tự do (g) bằng ứng dụng Phyphox

Chào bạn, để đo gia tốc rơi tự do (g) bằng ứng dụng Phyphox, có 2 cách phổ biến. Cách 1 (dùng âm thanh) là cách an toàn và chính xác nhất, được khuyến khích sử dụng để tránh làm hỏng điện thoại.

Dưới đây là hướng dẫn chi tiết cho từng phương pháp:

Phương pháp 1: Dùng Đồng hồ bấm giờ âm thanh (Acoustic Stopwatch) - KHUYÊN DÙNG

Phương pháp này đo thời gian rơi (t) từ lúc vật được thả đến khi chạm đất dựa trên tiếng động.

1. Chuẩn bị:

  • Dụng cụ: Thước dây, một vật nặng nhỏ (như viên bi sắt, đồng xu), và một tấm kim loại hoặc sàn cứng (để tạo tiếng vang khi vật chạm đất).
  • Bố trí: Đặt tấm kim loại/sàn cứng ở dưới đất. Đặt điện thoại ở gần đó (để microphone thu rõ tiếng).

2. Thiết lập trên Phyphox:

  • Mở ứng dụng Phyphox, chọn mục Timers > Acoustic Stopwatch.
  • Quan trọng - Chỉnh ngưỡng (Threshold): Bạn sẽ thấy thông số Threshold. Hãy thử vỗ tay hoặc thả vật thử xem đồng hồ có chạy/dừng không. Nếu môi trường ồn, hãy tăng ngưỡng này lên (ví dụ 0.2 hoặc 0.5) sao cho tiếng ồn nền không kích hoạt nó, nhưng tiếng vật rơi thì có.
  • Cài đặt Minimum delay (nếu có) khoảng 0.1s để tránh tiếng vang kép (echo) làm dừng đồng hồ ngay lập tức.

3. Thực hiện đo:

  • Đo chính xác chiều cao (h) từ vị trí thả vật xuống mặt sàn.
  • Bấm nút Play (tam giác) trên Phyphox.
  • Bước quan trọng nhất: Tạo tiếng động ngay khi thả vật (để kích hoạt đồng hồ) và tiếng động khi chạm đất (để dừng đồng hồ).
    • Mẹo hay: Dùng một cây thước kẻ giữ vật ở mép bàn. Gõ mạnh vào thước để vật rơi xuống. Tiếng gõ vào thước là tiếng "Bắt đầu". Tiếng vật chạm sàn là tiếng "Dừng".
  • Đọc kết quả thời gian (t) trên màn hình.

4. Tính toán:

Sử dụng công thức rơi tự do: h = ½ gt^2

Suy ra gia tốc rơi tự do:

g = 2h/t^2

Phương pháp 2: Thả rơi điện thoại (Dùng cảm biến gia tốc)

CẢNH BÁO: Cách này yêu cầu thả rơi điện thoại thật. Chỉ làm nếu bạn có đệm/gối cực dày để hứng. Rủi ro hỏng máy rất cao.

1. Chuẩn bị:

  • Một chồng gối hoặc nệm dày mềm.
  • Đặt điện thoại ở độ cao xác định phía trên nệm.

2. Thiết lập trên Phyphox:

  • Vào mục Mechanics > chọn Acceleration (without g) hoặc nếu có sẵn module Free Fall thì chọn nó.
  • Nếu dùng Acceleration (without g): Khi điện thoại rơi, gia tốc tổng hợp sẽ về gần bằng 0 (a \approx 0).

3. Thực hiện:

  • Bấm Play.
  • Thả điện thoại rơi tự do xuống nệm.
  • Bấm Pause sau khi đã hứng xong.

4. Phân tích:

  • Xem biểu đồ: Tìm đoạn mà giá trị gia tốc sụt xuống gần bằng 0.
  • Đo độ dài thời gian (t) của đoạn bằng 0 đó.
  • Tính g hoặc so sánh thời gian rơi lý thuyết. (Lưu ý: Cách này thường dùng để chứng minh trạng thái "không trọng lượng" hơn là đo chính xác g).

Video dưới đây là hướng dẫn chính thức từ đội ngũ Phyphox về cách sử dụng Acoustic Stopwatch (Phương pháp 1), giúp bạn hình dung cách tạo tiếng động bắt đầu và kết thúc:

Smartphone-Experiment: Free fall (Phyphox Official Guide)

Video này rất hữu ích vì nó minh họa trực quan cách dùng thước kẻ gạt vật rơi để tạo âm thanh khởi động chính xác, đây là mấu chốt để phép đo thành công.

 

 


 

Chào bạn, đây là hướng dẫn toàn diện để thực hiện bài thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do (g) sử dụng tính năng Acoustic Stopwatch (Đồng hồ bấm giờ âm thanh) trên Phyphox.

Bài hướng dẫn này bao gồm 3 phần: Quy trình đo, Cách tính sai số, và Mẫu báo cáo thí nghiệm.

PHẦN 1: QUY TRÌNH THỰC HIỆN CHI TIẾT

Nguyên lý: Đo khoảng thời gian (t) vật rơi từ độ cao (h) chạm đất. Ta dùng âm thanh để kích hoạt đồng hồ:

  • Tiếng động 1 (START): Lúc vật bắt đầu rơi.
  • Tiếng động 2 (STOP): Lúc vật chạm đất.

1. Chuẩn bị dụng cụ

  • Điện thoại: Đã cài Phyphox.
  • Vật rơi: Nên chọn vật nặng, nhỏ, cứng (viên bi sắt, con ốc vít lớn, cục pin tiểu) để ít bị cản gió và tạo tiếng đanh khi chạm đất.
  • Thước dây: Để đo độ cao.
  • Đích đến: Một tấm kim loại (mâm, khay nướng bánh) hoặc nền gạch cứng để tạo tiếng kêu to khi vật chạm sàn.
  • Dụng cụ tạo âm thanh thả (Quan trọng): Một cây thước kẻ cứng hoặc một miếng bìa cứng.

2. Thiết lập thí nghiệm

  1. Đặt tấm kim loại dưới sàn.
  2. Đo độ cao h từ mặt tấm kim loại lên đến điểm thả vật. (Ví dụ: chọn h = 1.000 mét). Lưu ý: Đo từ đáy vật rơi xuống sàn.
  3. Đặt điện thoại ở vị trí giữa khoảng rơi (ví dụ rơi từ 1m thì để điện thoại ở ghế cao 0.5m). Điều này giúp điện thoại thu được âm thanh lúc thả và lúc chạm đất với độ trễ âm thanh triệt tiêu lẫn nhau tốt nhất.

3. Cấu hình Phyphox

  1. Mở Phyphox > Chọn Timers > Acoustic Stopwatch.
  2. Threshold (Ngưỡng): Tùy chỉnh (thường từ 0.1 - 0.3). Test bằng cách vỗ tay nhẹ xem đồng hồ có chạy/dừng không. Đảm bảo tiếng ồn môi trường không làm đồng hồ chạy.
  3. Minimum delay: Đặt 0.1s hoặc 0.2s. (Để tránh tiếng vang của tiếng động đầu tiên làm dừng đồng hồ ngay lập tức).

4. Kỹ thuật thả vật (Mấu chốt để chính xác)

Làm sao để tạo tiếng động đúng lúc thả tay?

  • Cách làm: Giữ vật rơi ép sát vào tường hoặc mép bàn bằng một cây thước kẻ.
  • Thực hiện: Gõ mạnh/Gạt nhanh cây thước ra.
    • Lúc thước va vào tường/bàn hoặc tiếng gõ - Tạo âm thanh START.
    • Đồng thời vật mất điểm tựa và rơi ngay lập tức.
  • Khi vật chạm tấm kim loại - Tạo âm thanh STOP.

Đọc kết quả t trên điện thoại. Lặp lại thí nghiệm 5-10 lần để lấy số liệu.

PHẦN 2: CÁCH TÍNH SAI SỐ

Công thức tính gia tốc rơi tự do:

g = 2h / t^2

Để tính sai số của phép đo g, ta cần sai số của h và t.

1. Sai số phép đo trực tiếp

  • Độ cao (h): \Delta h thường lấy bằng độ chia nhỏ nhất của thước (ví dụ thước dây là 1mm = 0.001m).
  • Thời gian (t): Ta đo n lần, được t1, t2, ..., tn.
    • Tính giá trị trung bình: t trung bình = (t1 + t2 + ... + tn)/n
    • Tính sai số ngẫu nhiên (Delta t ngẫu nhiên): Là sai số trung bình tuyệt đối hoặc độ lệch chuẩn (tùy yêu cầu giáo viên).
    • Sai số dụng cụ (Delta t dc): Với Phyphox, sai số này phụ thuộc vào tốc độ lấy mẫu âm thanh (thường rất nhỏ, khoảng 0.002s).
    • Sai số tuyệt đối của thời gian: Delta t = Delta t (ngẫu nhiên) + Delta t (dc).

2. Sai số phép đo gián tiếp (Tính sai số của g)

Sử dụng phương pháp logarit cho công thức g = 2h/t^2, ta có công thức sai số tỉ đối:

PHẦN 3: MẪU BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Bạn có thể chép mẫu này vào Word để làm báo cáo.

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ

Tên bài: ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO BẰNG SMARTPHONE (PHYPHOX)

Họ và tên: ........................................................

Lớp/Nhóm: ........................................................

Ngày thực hiện: .................................................

I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Xác định gia tốc rơi tự do (g) tại phòng thí nghiệm bằng phương pháp đo thời gian rơi sử dụng cảm biến âm thanh trên điện thoại thông minh.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc g. Phương trình quãng đường đi được tính theo công thức:

h = ½ gt^2 suy ra g = 2h/t^2

Trong đó: h là quãng đường rơi (m), t là thời gian rơi (s).

III. DỤNG CỤ VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

  1. Smartphone cài App Phyphox (Chức năng Acoustic Stopwatch).
  2. Thước dây (ĐCNN: 0.001 m).
  3. Vật rơi: Viên bi sắt.
  4. Dụng cụ tạo âm thanh: Thước kẻ và mâm kim loại.

IV. KẾT QUẢ ĐO

1. Số liệu thô

  • Độ cao thả vật: h = 1.000 \pm 0.001 (m).

Bảng 1: Kết quả đo thời gian rơi

| Lần đo (n) | Thời gian tᵢ (s) | Sai số tuyệt đối Δtᵢ = |tᵢ - t̄| (s) |

      1                  0.452                        0.001

      2                  0.450                        0.001

      3                  0.453                        0.002

      4                  0.449                        0.002

      5                  0.451                        0.000

Trung bình | t̄ = 0.451 | Δt̄ = 0.0012 |

Ghi chú:

  • t̄ là giá trị trung bình của thời gian rơi: t̄ = (∑ tᵢ)/5 = 0.451 s
  • Δt̄ là sai số trung bình của phép đo: Δt̄ = (∑ Δtᵢ)/5 = 0.0012 s

(Lưu ý: Số liệu trên là ví dụ giả định)

2. Xử lý số liệu

a) Tính giá trị trung bình của gia tốc:

b) Tính sai số:

  • Sai số tuyệt đối của thời gian (lấy sai số trung bình cộng sai số dụng cụ 0.001s):

D t  0.0012 + 0.001 = 0.0022  (s)

  • Sai số tỉ đối của phép đo:

  • Sai số tuyệt đối của g:

V. KẾT LUẬN

Gia tốc rơi tự do đo được tại phòng thí nghiệm là:

So sánh với gia tốc trọng trường chuẩn (g  9.81 m/s^2), kết quả đo được là phù hợp trong phạm vi sai số cho phép.

VI. NHẬN XÉT & NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ

  • Nguyên nhân khách quan: Sức cản của không khí (dù nhỏ với vật nặng), sai số dụng cụ đo độ dài.
  • Nguyên nhân chủ quan: Xác định vị trí bắt đầu thả chưa chuẩn xác, tiếng ồn môi trường làm nhiễu đồng hồ, vị trí đặt điện thoại không cân đối gây chênh lệch thời gian truyền âm.

Bạn có thể thay số liệu thực tế của bạn vào các vị trí tương ứng trong mẫu báo cáo trên nhé!