Свободным падением тел называют движение, которое совершается под действием только силы тяжести. Сила тяжести - файл

приобрести
скачать (38.2 kb.)


Определение. Свободным падением тел называют движение, которое совершается под действием только силы тяжести.

Сила тяжести – это сила, которая определяет взаимодействие тела вблизи поверхности Земли непосредственно с самой Землей. Говоря о силе тяжести, необходимо вспомнить, что по второму закону Ньютона сила определяется как произведение массы тела на ускорение.

В данном случае ускорением является величина, которую называют ускорением свободного падения. Ее обозначают  , читается по-французски «же», происходит это обозначение от первой буквы слова «гравио».



Обратите внимание, что ускорение свободного падения приблизительно равно  .  Исходя из этого, сила тяжести будет равна:

История изучения свободного падения

Впервые величину ускорения свободного падения определил итальянский ученый Галилео Галилей 

Он запускал по наклонной плоскости мушкетную пулю и определял ускорение, с которым эта пуля движется. Когда угол наклона увеличивался, то возрастало и ускорение .

Проведя огромное количество экспериментов, Галилей пришел к выводу, что есть предельное ускорение, с которым может двигаться тело. Ускорение будет максимальным, если наклонная плоскость будет располагаться вертикально, то есть угол наклона будет составлять  , а это как раз свободное падение тела. В результате таких опытов он вычислил величину такого предельного ускорения: 

До Галилея главенствовала теория Аристотеля, который утверждал следующее: быстрее падает то тело, у которого больше масса, т. к. все тела стремятся воссоединиться с Землей тем сильнее, чем больше их масса.



Рассуждение Галилея о свободном падении

Галилео Галилей первым показал, что время падения тела на Землю не зависит от его массы, а определяется лишь характеристиками самой Земли.

Представим себе, что у нас есть тело массой  . Мы отпускаем его в поле силы тяжести Земли, и оно начинает свободно падать, проходя за время   расстояние  . Разделим это тело на две половинки, каждая массой по  . Если время падения зависит от массы, то они должны падать медленнее. Но почему они падают медленнее, если, когда они составляли одно целое, они проходили расстояние   за время  ? Может быть одна половина мешает другой? Но как? Ведь они одинаковой массы. В итоге мы приходим к противоречию, а это значит, что допущение о том, что скорость падения зависит от массы тела, несправедлива.

Галилео принадлежит еще одно рассуждение на эту тему. Мы имеем два куска пластилина. Один массой 3 кг, а другой – 2 кг. Каждый из них падает за какое-то время. Слепим кусок пластилина массой 5 кг и отпустим его. Если время зависит от массы, к какому выводу мы придем?

Почему же так долго не могли смириться с тем, что разные тела все-таки иногда падают за разное время? Например, лист бумаги и свинцовая дробинка падают за разное время

Все дело в том, что не учитывалось сопротивление воздуха. Именно сопротивление воздуха регламентирует тот факт, что лист бумаги будет падать дольше, чем свинцовая дробинка.

Таким образом, приходим к корректному определению свободного падения. Свободным падением называют движение тела только под действием силы тяжести. Конечно, не всегда можно пренебречь сопротивлением воздуха, например для парашютиста.

 Значение ускорения свободного падения

Практически, во всех задачах ускорение свободного падения мы будем считать равным  .

Рассматривая свободное движение тел по вертикали, важно отметить, что это движение происходит вдоль прямой. Как мы сказали, ускорение в данном случае величина постоянная (ускорение   соответствует только Земле, для других планет оно будет другим). Итак, это движение прямолинейное, ускоренное, для определения положения тела при свободном падении мы можем воспользоваться законом движения Галилея.

На предыдущих уроках мы обсудили вопрос движения тела вдоль прямой с постоянным ускорением и отметили, что в данном случае путь и перемещение равны по модулю и вычисляются по формуле:

Ниже записано уравнение, которое ставится в соответствие с вертикальным движением. Разница будет только в том, что вместо буквы мы используем букву H (высота). Раз мы говорим о свободном падении, значит, начальная скорость будет равна нулю, то есть произведение   , и, следовательно, высота: 



Этот результат дает возможность определять и время движения, и высоту, на которую поднимается или, наоборот, с которой падает тело.

Как узнать время собственной реакции

Выбор системы отсчета при рассмотрении свободного падения



Важным в случае свободного падения является выбор системы отсчета. В данном случае, когда тело движется по вертикали, необходимо начало отсчета брать на поверхности Земли или точку, которая совершенно четко и определенно находится на определенной высоте от Земли. Ось, вдоль которой движется тело, – ось Y. Если эта ось направлена вертикально вверх от поверхности Земли, то следует помнить, что ускорение свободного падения всегда направлено вертикально вниз. Поэтому в данной системе отсчета ускорение свободного падения надо принимать со знаком минус ( .

Свободным падением
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации