Для расчета ускорения ( a_g ) можно воспользоваться формулой:
[
a_g = \frac{s}{t^2}
]
Для вычисления средних значений и неопределенностей:
Рассчитываем среднее значение ( \overline{s} ) и ( \overline{t} ):
- ( \overline{s} = 460 ) мм (все значения одинаковые)
- ( \overline{t} = \frac{4.05 + 3.92 + 4.03}{3} = 4.00 ) с
Рассчитываем стандартное отклонение ( S_t ) по формуле:
[
S_t = \sqrt{\frac{\sum (t_i - \overline{t})^2}{n - 1}}
]
Подсчитаем отклонения:
- ( (4.05 - 4.00)^2 = 0.0025 )
- ( (3.92 - 4.00)^2 = 0.0064 )
- ( (4.03 - 4.00)^2 = 0.0009 )
Сумма отклонений:
[
\sum (t_i - \overline{t})^2 = 0.0025 + 0.0064 + 0.0009 = 0.0098
]
Стандартное отклонение:
[
S_t = \sqrt{\frac{0.0098}{2}} \approx 0.070
]
- Теперь рассчитаем ускорение:
[
a_g = \frac{460 \text{ mm}}{(4.00 \text{ s})^2} = \frac{460 \times 10^{-3} \text{ m}}{16} \approx 0.02875 \text{ m/s}^2 = 28.75 \text{ m/s}^2
]
- Определим неопределенность ( \delta a_g ) через относительную неопределенность времени:
[
\delta a_g = a_g \cdot \sqrt{\left( \frac{\delta s}{s} \right)^2 + \left( 2 \cdot \frac{S_t}{\overline{t}} \right)^2}
]
Принимаем ( \delta s = 0 ), и ( S_t \approx 0.070 ) с, ( \overline{t} = 4.00 ) с:
[
\delta a_g \approx 28.75 \cdot \sqrt{\left( 0 \right)^2 + \left( 2 \cdot \frac{0.070}{4.00} \right)^2}
]
[
\delta a_g \approx 28.75 \cdot \sqrt{\left( 0.035 \right)^2}
]
[
\delta a_g \approx 28.75 \cdot 0.035 \approx 1.01
]
Итоговое значение ускорения с учетом неопределенности:
[
a_g = 28.75 \pm 1.01 \text{ m/s}^2
]