Ελεύθερη πτώση είναι η κίνηση των σωμάτων μόνο υπό την επίδραση της βαρύτητας της Γης (υπό την επίδραση της βαρύτητας)

Υπό γήινες συνθήκες, η πτώση των σωμάτων θεωρείται υπό όρους ελεύθερη, γιατί Όταν ένα σώμα πέφτει στον αέρα, υπάρχει πάντα μια δύναμη αντίστασης του αέρα.

Μια ιδανική ελεύθερη πτώση είναι δυνατή μόνο στο κενό, όπου δεν υπάρχει αντίσταση αέρα, και ανεξάρτητα από τη μάζα, την πυκνότητα και το σχήμα, όλα τα σώματα πέφτουν εξίσου γρήγορα, δηλαδή ανά πάσα στιγμή τα σώματα έχουν τις ίδιες στιγμιαίες ταχύτητες και επιταχύνσεις.

Μπορείτε να παρατηρήσετε την ιδανική ελεύθερη πτώση σωμάτων σε ένα σωλήνα Newton εάν αντλήσετε τον αέρα έξω από αυτόν χρησιμοποιώντας μια αντλία.

Στην περαιτέρω συλλογιστική και κατά την επίλυση προβλημάτων, παραμελούμε τη δύναμη της τριβής με τον αέρα και θεωρούμε ότι η πτώση των σωμάτων σε επίγειες συνθήκες είναι ιδανικά ελεύθερη.

ΕΝΤΑΣΗ ΒΑΡΥΤΗΤΟΣ

Κατά την ελεύθερη πτώση, όλα τα σώματα κοντά στην επιφάνεια της Γης, ανεξάρτητα από τη μάζα τους, αποκτούν την ίδια επιτάχυνση, που ονομάζεται επιτάχυνση της βαρύτητας.
Το σύμβολο για την επιτάχυνση της βαρύτητας είναι g.

Η επιτάχυνση της βαρύτητας στη Γη είναι περίπου ίση με:
g = 9,81 m/s2.

Η επιτάχυνση της βαρύτητας κατευθύνεται πάντα προς το κέντρο της Γης.

Κοντά στην επιφάνεια της Γης, το μέγεθος της δύναμης της βαρύτητας θεωρείται σταθερό, επομένως η ελεύθερη πτώση ενός σώματος είναι η κίνηση ενός σώματος υπό την επίδραση σταθερής δύναμης. Επομένως, η ελεύθερη πτώση είναι ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση.

Το διάνυσμα της βαρύτητας και η επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης που δημιουργεί κατευθύνονται πάντα με τον ίδιο τρόπο.

Όλοι οι τύποι για ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση ισχύουν για σώματα που πέφτουν ελεύθερα.

Το μέγεθος της ταχύτητας κατά την ελεύθερη πτώση ενός σώματος οποιαδήποτε στιγμή:

κίνηση του σώματος:

Σε αυτή την περίπτωση, αντί για επιτάχυνση ΕΝΑ,η επιτάχυνση της βαρύτητας εισάγεται στους τύπους για ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση σολ=9,8m/s2.

Υπό συνθήκες ιδανικής πτώσης, σώματα που πέφτουν από το ίδιο ύψος φτάνουν στην επιφάνεια της Γης, έχοντας τις ίδιες ταχύτητες και περνούν τον ίδιο χρόνο πέφτοντας.

Σε μια ιδανική ελεύθερη πτώση, το σώμα επιστρέφει στη Γη με ταχύτητα ίση με το μέγεθος της αρχικής ταχύτητας.

Ο χρόνος που πέφτει το σώμα είναι ίσος με το χρόνο που κινείται προς τα πάνω από τη στιγμή της ρίψης μέχρι την πλήρη ακινητοποίηση στο υψηλότερο σημείο της πτήσης.

Μόνο στους πόλους της Γης πέφτουν τα σώματα αυστηρά κάθετα. Σε όλα τα άλλα σημεία του πλανήτη, η τροχιά ενός σώματος που πέφτει ελεύθερα αποκλίνει προς τα ανατολικά λόγω της δύναμης Cariolis που προκύπτει στα περιστρεφόμενα συστήματα (δηλαδή επηρεάζεται η επίδραση της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της).

ΓΝΩΡΙΖΕΙΣ

ΠΟΙΑ ΕΙΝΑΙ Η ΠΤΩΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ;

Εάν πυροβολήσετε ένα όπλο κάθετα προς τα πάνω, τότε, λαμβάνοντας υπόψη τη δύναμη της τριβής με τον αέρα, μια σφαίρα που πέφτει ελεύθερα από οποιοδήποτε ύψος θα αποκτήσει ταχύτητα όχι μεγαλύτερη από 40 m/s στο έδαφος.

Σε πραγματικές συνθήκες, λόγω της παρουσίας δύναμης τριβής στον αέρα, η μηχανική ενέργεια του σώματος μετατρέπεται εν μέρει σε θερμική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, το μέγιστο ύψος ανύψωσης του σώματος αποδεικνύεται μικρότερο από ό,τι θα μπορούσε να είναι όταν κινείται σε χώρο χωρίς αέρα και σε οποιοδήποτε σημείο της τροχιάς κατά την κάθοδο, η ταχύτητα αποδεικνύεται μικρότερη από την ταχύτητα στην ανάβαση.

Παρουσία τριβής, τα σώματα που πέφτουν έχουν επιτάχυνση ίση με g μόνο την αρχική στιγμή της κίνησης. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, η επιτάχυνση μειώνεται και η κίνηση του σώματος τείνει να είναι ομοιόμορφη.

ΚΑΝΤΟ ΜΟΝΟΣ ΣΟΥ

Πώς συμπεριφέρονται τα σώματα που πέφτουν σε πραγματικές συνθήκες;

Πάρτε ένα μικρό δίσκο από πλαστικό, χοντρό χαρτόνι ή κόντρα πλακέ. Κόψτε ένα δίσκο ίδιας διαμέτρου από απλό χαρτί. Σηκώστε τα, κρατώντας τα σε διαφορετικά χέρια, στο ίδιο ύψος και αφήστε τα ταυτόχρονα. Ένας βαρύς δίσκος θα πέσει πιο γρήγορα από έναν ελαφρύ. Κατά την πτώση, κάθε δίσκος επηρεάζεται ταυτόχρονα από δύο δυνάμεις: τη δύναμη της βαρύτητας και τη δύναμη της αντίστασης του αέρα. Στην αρχή της πτώσης, η προκύπτουσα δύναμη βαρύτητας και η δύναμη της αντίστασης του αέρα θα είναι μεγαλύτερες για ένα σώμα με μεγαλύτερη μάζα και η επιτάχυνση ενός βαρύτερου σώματος θα είναι μεγαλύτερη. Καθώς η ταχύτητα του σώματος αυξάνεται, η δύναμη της αντίστασης του αέρα αυξάνεται και σταδιακά γίνεται ίση σε μέγεθος με τη δύναμη της βαρύτητας· τα σώματα που πέφτουν αρχίζουν να κινούνται ομοιόμορφα, αλλά με διαφορετικές ταχύτητες (ένα βαρύτερο σώμα έχει μεγαλύτερη ταχύτητα).
Παρόμοια με την κίνηση ενός δίσκου που πέφτει, μπορεί κανείς να θεωρήσει την κίνηση ενός αλεξιπτωτιστή που πέφτει όταν πηδά από ένα αεροπλάνο από μεγάλο ύψος.

Τοποθετήστε έναν ελαφρύ χάρτινο δίσκο σε έναν βαρύτερο πλαστικό ή δίσκο από κόντρα πλακέ, ανασηκώστε τους σε ύψος και αφήστε τους ταυτόχρονα. Σε αυτή την περίπτωση θα πέσουν ταυτόχρονα. Εδώ, η αντίσταση του αέρα δρα μόνο στον βαρύ κάτω δίσκο και η βαρύτητα προσδίδει ίσες επιταχύνσεις στα σώματα, ανεξάρτητα από τις μάζες τους.

ΣΧΕΔΟΝ ΑΝΕΚΔΟΤΟ

Ο Παριζιάνος φυσικός Λένορμαντ, που έζησε τον 18ο αιώνα, πήρε συνηθισμένες ομπρέλες βροχής, ασφάλισε τις άκρες των ακτίνων και πήδηξε από την ταράτσα του σπιτιού. Στη συνέχεια, ενθαρρυμένος από την επιτυχία του, έφτιαξε μια ειδική ομπρέλα με ψάθινο κάθισμα και κατέβηκε ορμητικά από τον πύργο στο Μονπελιέ. Παρακάτω ήταν περικυκλωμένος από ενθουσιώδεις θεατές. Πώς λέγεται η ομπρέλα σας; Αλεξίπτωτο! - απάντησε ο Lenormand (η κυριολεκτική μετάφραση αυτής της λέξης από τα γαλλικά είναι "κατά της πτώσης").

ΕΝΔΙΑΦΕΡΩΝ

Αν τρυπήσετε τη Γη και πετάξετε μια πέτρα εκεί, τι θα γίνει με την πέτρα;
Η πέτρα θα πέσει, παίρνοντας τη μέγιστη ταχύτητα στη μέση του μονοπατιού, μετά θα πετάξει περαιτέρω με αδράνεια και θα φτάσει στην αντίθετη πλευρά της Γης και η τελική της ταχύτητα θα είναι ίση με την αρχική. Η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης μέσα στη Γη είναι ανάλογη της απόστασης από το κέντρο της Γης. Η πέτρα θα κινείται σαν βάρος πάνω σε ένα ελατήριο, σύμφωνα με το νόμο του Χουκ. Εάν η αρχική ταχύτητα της πέτρας είναι μηδέν, τότε η περίοδος ταλάντωσης της πέτρας στον άξονα είναι ίση με την περίοδο περιστροφής του δορυφόρου κοντά στην επιφάνεια της Γης, ανεξάρτητα από το πώς σκάβεται ο ευθύς άξονας: μέσω του κέντρου της Γης ή κατά μήκος οποιασδήποτε χορδής.

Στην κλασική μηχανική, ονομάζεται η κατάσταση ενός αντικειμένου που κινείται ελεύθερα σε ένα βαρυτικό πεδίο ελεύθερη πτώση. Εάν ένα αντικείμενο πέσει στην ατμόσφαιρα, υπόκειται σε πρόσθετη δύναμη έλξης και η κίνησή του εξαρτάται όχι μόνο από τη βαρυτική επιτάχυνση, αλλά και από τη μάζα, τη διατομή του και άλλους παράγοντες. Ωστόσο, ένα σώμα που πέφτει στο κενό υπόκειται σε μία μόνο δύναμη, δηλαδή τη βαρύτητα.

Παραδείγματα ελεύθερης πτώσης είναι τα διαστημόπλοια και οι δορυφόροι σε χαμηλή τροχιά στη Γη, επειδή η μόνη δύναμη που ασκεί πάνω τους είναι η βαρύτητα. Οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο βρίσκονται επίσης σε ελεύθερη πτώση. Τα αντικείμενα που πέφτουν στο έδαφος με χαμηλή ταχύτητα μπορούν επίσης να θεωρηθούν ότι πέφτουν ελεύθερα, αφού σε αυτή την περίπτωση η αντίσταση του αέρα είναι αμελητέα και μπορεί να παραμεληθεί. Εάν η μόνη δύναμη που ασκεί στα αντικείμενα είναι η βαρύτητα και δεν υπάρχει αντίσταση του αέρα, η επιτάχυνση είναι ίδια για όλα τα αντικείμενα και είναι ίση με την επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο (m/s²) ή 32,2 πόδια σε δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο (ft/s²). Στην επιφάνεια άλλων αστρονομικών σωμάτων, η επιτάχυνση της βαρύτητας θα είναι διαφορετική.

Οι αλεξιπτωτιστές βέβαια λένε ότι πριν ανοίξει το αλεξίπτωτο βρίσκονται σε ελεύθερη πτώση, αλλά στην πραγματικότητα ένας αλεξιπτωτιστής δεν μπορεί ποτέ να είναι σε ελεύθερη πτώση, ακόμα κι αν το αλεξίπτωτο δεν έχει ανοίξει ακόμα. Ναι, ένας αλεξιπτωτιστής σε "ελεύθερη πτώση" επηρεάζεται από τη δύναμη της βαρύτητας, αλλά επηρεάζεται επίσης από την αντίθετη δύναμη - την αντίσταση του αέρα και η δύναμη της αντίστασης του αέρα είναι ελαφρώς μικρότερη από τη δύναμη της βαρύτητας.

Αν δεν υπήρχε αντίσταση του αέρα, η ταχύτητα ενός σώματος σε ελεύθερη πτώση θα αυξανόταν κατά 9,8 m/s κάθε δευτερόλεπτο.

Η ταχύτητα και η απόσταση ενός σώματος που πέφτει ελεύθερα υπολογίζεται ως εξής:

v₀ - αρχική ταχύτητα (m/s).

v- τελική κατακόρυφη ταχύτητα (m/s).

η₀ - αρχικό ύψος (m).

η- ύψος πτώσης (m).

t- φθινοπωρινός χρόνος (οι).

σολ- επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης (9,81 m/s2 στην επιφάνεια της Γης).

Αν v₀=0 και η₀=0, έχουμε:

εάν είναι γνωστός ο χρόνος ελεύθερης πτώσης:

εάν είναι γνωστή η απόσταση ελεύθερης πτώσης:

εάν η τελική ταχύτητα της ελεύθερης πτώσης είναι γνωστή:

Αυτοί οι τύποι χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον υπολογιστή ελεύθερης πτώσης.

Στην ελεύθερη πτώση, όταν δεν υπάρχει δύναμη να στηρίξει το σώμα, έλλειψη βαρύτητας. Η έλλειψη βαρύτητας είναι η απουσία εξωτερικών δυνάμεων που δρουν στο σώμα από το πάτωμα, την καρέκλα, το τραπέζι και άλλα γύρω αντικείμενα. Υποστηρίξτε δηλαδή τις δυνάμεις αντίδρασης. Συνήθως αυτές οι δυνάμεις δρουν σε κατεύθυνση κάθετη στην επιφάνεια επαφής με το στήριγμα, και τις περισσότερες φορές κατακόρυφα προς τα πάνω. Η έλλειψη βαρύτητας μπορεί να συγκριθεί με το κολύμπι στο νερό, αλλά με τέτοιο τρόπο ώστε το δέρμα να μην αισθάνεται το νερό. Όλοι γνωρίζουν αυτή την αίσθηση του δικού σας βάρους όταν βγαίνετε στην ξηρά μετά από ένα μεγάλο μπάνιο στη θάλασσα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι πισίνες νερού χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση της έλλειψης βαρύτητας κατά την εκπαίδευση κοσμοναυτών και αστροναυτών.

Το ίδιο το βαρυτικό πεδίο δεν μπορεί να δημιουργήσει πίεση στο σώμα σας. Επομένως, εάν βρίσκεστε σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης σε ένα μεγάλο αντικείμενο (για παράδειγμα, σε ένα αεροπλάνο), το οποίο βρίσκεται επίσης σε αυτήν την κατάσταση, δεν επιδρούν στο σώμα σας εξωτερικές δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ του σώματος και του υποστηρίγματος και η αίσθηση προκύπτει έλλειψη βαρύτητας, σχεδόν το ίδιο με το νερό.

Αεροσκάφος για εκπαίδευση σε συνθήκες μηδενικής βαρύτηταςέχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί βραχυπρόθεσμη έλλειψη βαρύτητας με σκοπό την εκπαίδευση κοσμοναυτών και αστροναυτών, καθώς και για την εκτέλεση διαφόρων πειραμάτων. Τέτοια αεροσκάφη χρησιμοποιούνται και χρησιμοποιούνται σήμερα σε πολλές χώρες. Για μικρά χρονικά διαστήματα, που διαρκούν περίπου 25 δευτερόλεπτα κάθε λεπτό πτήσης, το αεροσκάφος βρίσκεται σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας, που σημαίνει ότι δεν υπάρχει αντίδραση εδάφους για τους επιβαίνοντες.

Χρησιμοποιήθηκαν διάφορα αεροσκάφη για την προσομοίωση της έλλειψης βαρύτητας: στην ΕΣΣΔ και τη Ρωσία, τα τροποποιημένα αεροσκάφη παραγωγής Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK και Il-76MDK χρησιμοποιήθηκαν για το σκοπό αυτό από το 1961. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι αστροναύτες εκπαιδεύονται από το 1959 σε τροποποιημένα AJ-2, C-131, KC-135 και Boeing 727-200. Στην Ευρώπη, το Εθνικό Κέντρο Διαστημικής Έρευνας (CNES, Γαλλία) χρησιμοποιεί ένα αεροσκάφος Airbus A310 για εκπαίδευση μηδενικής βαρύτητας. Η τροποποίηση συνίσταται στην τροποποίηση του καυσίμου, του υδραυλικού και ορισμένων άλλων συστημάτων προκειμένου να διασφαλιστεί η κανονική λειτουργία τους σε συνθήκες βραχυπρόθεσμης έλλειψης βαρύτητας, καθώς και η ενίσχυση των πτερυγίων ώστε το αεροσκάφος να αντέχει σε αυξημένες επιταχύνσεις (έως 2G).

Παρά το γεγονός ότι μερικές φορές όταν περιγράφουν τις συνθήκες ελεύθερης πτώσης κατά τη διάρκεια της διαστημικής πτήσης σε τροχιά γύρω από τη Γη μιλούν για την απουσία βαρύτητας, φυσικά η βαρύτητα υπάρχει σε οποιοδήποτε διαστημόπλοιο. Αυτό που λείπει είναι το βάρος, δηλαδή η δύναμη της αντίδρασης στήριξης σε αντικείμενα του διαστημικού σκάφους, τα οποία κινούνται στο διάστημα με την ίδια επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας, η οποία είναι ελαφρώς μικρότερη από ό,τι στη Γη. Για παράδειγμα, στην τροχιά της Γης ύψους 350 km στην οποία ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS) κάνει κύκλους γύρω από τη Γη, η βαρυτική επιτάχυνση είναι 8,8 m/s², που είναι μόνο 10% μικρότερη από ό,τι στην επιφάνεια της Γης.

Για να περιγράψει την πραγματική επιτάχυνση ενός αντικειμένου (συνήθως ενός αεροσκάφους) σε σχέση με την επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης, χρησιμοποιείται συνήθως ένας ειδικός όρος - παραφορτώνω. Εάν είστε ξαπλωμένοι, κάθεστε ή στέκεστε στο έδαφος, το σώμα σας υπόκειται σε 1 g δύναμης (δηλαδή δεν υπάρχει). Εάν βρίσκεστε σε ένα αεροπλάνο που απογειώνεται, θα αντιμετωπίσετε περίπου 1,5 G. Εάν το ίδιο αεροσκάφος εκτελεί μια συντονισμένη στροφή σε στενή ακτίνα, οι επιβάτες μπορεί να βιώσουν έως και 2 g, που σημαίνει ότι το βάρος τους έχει διπλασιαστεί.

Οι άνθρωποι είναι συνηθισμένοι να ζουν σε συνθήκες χωρίς υπερφόρτωση (1 g), επομένως οποιαδήποτε υπερφόρτωση έχει ισχυρή επίδραση στο ανθρώπινο σώμα. Ακριβώς όπως στα αεροσκάφη εργαστηρίου μηδενικής βαρύτητας, στα οποία όλα τα συστήματα χειρισμού υγρών πρέπει να τροποποιηθούν για να λειτουργούν σωστά υπό συνθήκες μηδέν-g ή ακόμη και αρνητικών-g, οι άνθρωποι χρειάζονται επίσης βοήθεια και παρόμοια «τροποποίηση» για να επιβιώσουν σε τέτοιες συνθήκες. Ένα μη εκπαιδευμένο άτομο μπορεί να χάσει τις αισθήσεις του με υπερφόρτωση 3-5 g (ανάλογα με την κατεύθυνση της υπερφόρτωσης), καθώς μια τέτοια υπερφόρτωση είναι αρκετή για να στερήσει τον εγκέφαλο από οξυγόνο, επειδή η καρδιά δεν μπορεί να του παρέχει αρκετό αίμα. Από αυτή την άποψη, στρατιωτικοί πιλότοι και αστροναύτες εκπαιδεύονται σε φυγοκεντρητές συνθήκες υψηλής υπερφόρτωσηςγια να αποφευχθεί η απώλεια συνείδησης κατά τη διάρκειά τους. Για να αποφευχθεί η βραχυπρόθεσμη απώλεια όρασης και συνείδησης, η οποία, υπό συνθήκες εργασίας, μπορεί να είναι θανατηφόρα, οι πιλότοι, οι κοσμοναύτες και οι αστροναύτες φορούν στολές αντιστάθμισης ύψους, οι οποίες περιορίζουν τη ροή του αίματος από τον εγκέφαλο κατά την υπερφόρτωση εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη πίεση σε ολόκληρο επιφάνεια του ανθρώπινου σώματος.

Η ελεύθερη πτώση ενός σώματος είναι η ομοιόμορφη κίνησή του, η οποία συμβαίνει υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αυτή τη στιγμή, άλλες δυνάμεις που μπορούν να δράσουν στο σώμα είτε απουσιάζουν είτε είναι τόσο μικρές που η επιρροή τους δεν λαμβάνεται υπόψη. Για παράδειγμα, όταν ένας αλεξιπτωτιστής πηδά από ένα αεροπλάνο, πέφτει ελεύθερος τα πρώτα δευτερόλεπτα μετά το άλμα. Αυτή η σύντομη χρονική περίοδος χαρακτηρίζεται από ένα αίσθημα έλλειψης βαρύτητας, παρόμοιο με αυτό που βιώνουν οι αστροναύτες σε ένα διαστημόπλοιο.

Ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου

Οι επιστήμονες έμαθαν για την ελεύθερη πτώση ενός σώματος στον Μεσαίωνα: ο Albert of Saxony και ο Nicholas Ores μελέτησαν αυτό το φαινόμενο, αλλά ορισμένα από τα συμπεράσματά τους ήταν λανθασμένα. Για παράδειγμα, υποστήριξαν ότι η ταχύτητα ενός βαρέος αντικειμένου που πέφτει αυξάνεται σε ευθεία αναλογία με την απόσταση που διανύθηκε. Το 1545, έγινε διόρθωση σε αυτό το λάθος από τον Ισπανό επιστήμονα D. Soto, ο οποίος διαπίστωσε το γεγονός ότι η ταχύτητα ενός σώματος που πέφτει αυξάνεται ανάλογα με το χρόνο που περνά από την αρχή της πτώσης αυτού του αντικειμένου.

Το 1590, ο Ιταλός φυσικός Galileo Galileiδιατύπωσε έναν νόμο που καθιερώνει μια σαφή εξάρτηση της απόστασης που διανύει ένα αντικείμενο που πέφτει στην ώρα. Οι επιστήμονες έχουν επίσης αποδείξει ότι ελλείψει αντίστασης του αέρα, όλα τα αντικείμενα στη Γη πέφτουν με την ίδια επιτάχυνση, αν και πριν από την ανακάλυψή του ήταν γενικά αποδεκτό ότι τα βαριά αντικείμενα πέφτουν πιο γρήγορα.

Ανακαλύφθηκε νέα ποσότητα - ένταση βαρύτητος, που αποτελείται από δύο συστατικά: τη βαρυτική και τη φυγόκεντρη επιτάχυνση. Η επιτάχυνση της βαρύτητας συμβολίζεται με το γράμμα g και έχει διαφορετικές τιμές για διαφορετικά σημεία της υδρογείου: από 9,78 m/s 2 (δείκτης για τον ισημερινό) έως 9,83 m/s 2 (τιμή επιτάχυνσης στους πόλους). Η ακρίβεια των δεικτών επηρεάζεται από το γεωγραφικό μήκος, το γεωγραφικό πλάτος, την ώρα της ημέρας και ορισμένους άλλους παράγοντες.

Η τυπική τιμή του g θεωρείται ότι είναι 9,80665 m/s 2 . Σε φυσικούς υπολογισμούς που δεν απαιτούν υψηλή ακρίβεια, η τιμή επιτάχυνσης λαμβάνεται ως 9,81 m/s 2 . Για τη διευκόλυνση των υπολογισμών, επιτρέπεται να ληφθεί η τιμή του g ίση με 10 m/s 2 .

Προκειμένου να δείξουν πώς πέφτει ένα αντικείμενο σύμφωνα με την ανακάλυψη του Galileo, οι επιστήμονες δημιούργησαν το ακόλουθο πείραμα: αντικείμενα με διαφορετικές μάζες τοποθετούνται σε ένα μακρύ γυάλινο σωλήνα και ο αέρας αντλείται από τον σωλήνα. Μετά από αυτό, ο σωλήνας αναποδογυρίζεται, όλα τα αντικείμενα πέφτουν ταυτόχρονα στον πυθμένα του σωλήνα υπό την επίδραση της βαρύτητας, ανεξάρτητα από τη μάζα τους.

Όταν τα ίδια αντικείμενα τοποθετούνται σε οποιοδήποτε περιβάλλον, ταυτόχρονα με τη δύναμη της βαρύτητας, ενεργεί πάνω τους μια δύναμη αντίστασης, οπότε τα αντικείμενα, ανάλογα με τη μάζα, το σχήμα και την πυκνότητά τους, θα πέφτουν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.

Τύποι για υπολογισμούς

Υπάρχουν τύποι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό διαφόρων δεικτών που σχετίζονται με την ελεύθερη πτώση. Χρησιμοποιούν τα παρακάτω θρύλος:

1. u είναι η τελική ταχύτητα με την οποία κινείται το υπό μελέτη σώμα, m/s.
2. h είναι το ύψος από το οποίο κινείται το υπό μελέτη σώμα, m;
3. t είναι ο χρόνος κίνησης του υπό μελέτη σώματος, s;
4. g - επιτάχυνση (σταθερή τιμή ίση με 9,8 m/s 2).

Ο τύπος για τον προσδιορισμό της απόστασης που διανύει ένα αντικείμενο που πέφτει με γνωστή τελική ταχύτητα και χρόνο πτώσης: h = ut /2.

Τύπος για τον υπολογισμό της απόστασης που διανύει ένα αντικείμενο που πέφτει χρησιμοποιώντας σταθερή τιμή g και χρόνο: h = gt 2 /2.

Ο τύπος για τον προσδιορισμό της ταχύτητας ενός αντικειμένου που πέφτει στο τέλος της πτώσης με γνωστό χρόνο πτώσης: u = gt.

Ο τύπος για τον υπολογισμό της ταχύτητας ενός αντικειμένου στο τέλος της πτώσης του, αν είναι γνωστό το ύψος από το οποίο πέφτει το αντικείμενο μελέτης: u = √2 gh.

Χωρίς να εμβαθύνουμε στην επιστημονική γνώση, ο καθημερινός ορισμός της ελεύθερης κίνησης συνεπάγεται την κίνηση ενός σώματος στην ατμόσφαιρα της γης όταν δεν επηρεάζεται από άλλους εξωτερικούς παράγοντες εκτός από την αντίσταση του περιβάλλοντος αέρα και τη βαρύτητα.

Σε διάφορες περιόδους, οι εθελοντές ανταγωνίζονται μεταξύ τους, προσπαθώντας να βάλουν ένα προσωπικό καλύτερο. Το 1962, ο δοκιμαστικός αλεξιπτωτιστής από την ΕΣΣΔ Evgeniy Andreev έθεσε ένα ρεκόρ που συμπεριλήφθηκε στο βιβλίο των ρεκόρ Γκίνες: όταν άλμασε με αλεξίπτωτο σε ελεύθερη πτώση, κάλυψε απόσταση 24.500 μέτρων, χωρίς να χρησιμοποιήσει αλεξίπτωτο φρεναρίσματος κατά τη διάρκεια του άλματος.

Το 1960, ο Αμερικανός D. Kittinger έκανε ένα άλμα με αλεξίπτωτο από ύψος 31 χιλιάδων μ., αλλά χρησιμοποιώντας ένα σύστημα πέδησης αλεξίπτωτου.

Το 2005, καταγράφηκε ταχύτητα ρεκόρ κατά την ελεύθερη πτώση - 553 km/h, και επτά χρόνια αργότερα σημειώθηκε νέο ρεκόρ – η ταχύτητα αυτή αυξήθηκε στα 1342 km/h. Αυτό το ρεκόρ ανήκει στον Αυστριακό αλεξιπτωτιστή Felix Baumgartner, ο οποίος είναι γνωστός σε όλο τον κόσμο για τα επικίνδυνα ακροβατικά του.

βίντεο

Δείτε ένα ενδιαφέρον και εκπαιδευτικό βίντεο που θα σας πει για την ταχύτητα των σωμάτων που πέφτουν.

Είναι Τρίτη, που σημαίνει ότι λύνουμε ξανά προβλήματα σήμερα. Αυτή τη φορά, με θέμα «ελεύθερη πτώση σωμάτων».

Ερωτήσεις με απαντήσεις σχετικά με την ελεύθερη πτώση σωμάτων

Ερώτηση 1.Ποια είναι η κατεύθυνση του διανύσματος της βαρυτικής επιτάχυνσης;

Απάντηση:μπορούμε απλά να πούμε ότι η επιτάχυνση σολκατευθύνεται προς τα κάτω. Στην πραγματικότητα, πιο συγκεκριμένα, η επιτάχυνση της βαρύτητας κατευθύνεται προς το κέντρο της Γης.

Ερώτηση 2.Από τι εξαρτάται η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης;

Απάντηση:στη Γη, η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας εξαρτάται τόσο από το γεωγραφικό πλάτος όσο και από το ύψος η ανύψωση του σώματος πάνω από την επιφάνεια. Σε άλλους πλανήτες αυτή η τιμή εξαρτάται από τη μάζα Μ και ακτίνα R ουράνιο σώμα. Ο γενικός τύπος για την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης είναι:

Ερώτηση 3.Το σώμα εκτοξεύεται κάθετα προς τα πάνω. Πώς μπορείτε να χαρακτηρίσετε αυτό το κίνημα;

Απάντηση:Σε αυτή την περίπτωση, το σώμα κινείται με ομοιόμορφη επιτάχυνση. Επιπλέον, ο χρόνος ανόδου και ο χρόνος πτώσης του σώματος από το μέγιστο ύψος είναι ίσοι.

Ερώτηση 4.Και αν το σώμα εκτοξεύεται όχι προς τα πάνω, αλλά οριζόντια ή υπό γωνία προς την οριζόντια. Τι είδους κίνηση είναι αυτή;

Απάντηση:μπορούμε να πούμε ότι είναι και αυτό μια ελεύθερη πτώση. Σε αυτή την περίπτωση, η κίνηση πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε δύο άξονες: κάθετο και οριζόντιο. Το σώμα κινείται ομοιόμορφα σε σχέση με τον οριζόντιο άξονα και ομοιόμορφα επιταχυνόμενο με επιτάχυνση σε σχέση με τον κατακόρυφο άξονα σολ.

Η βαλλιστική είναι μια επιστήμη που μελετά τα χαρακτηριστικά και τους νόμους της κίνησης των σωμάτων που εκτοξεύονται υπό γωνία ως προς τον ορίζοντα.

Ερώτηση 5.Τι σημαίνει «ελεύθερη» πτώση;

Απάντηση:Στο πλαίσιο αυτό, εννοείται ότι όταν ένα σώμα πέφτει, είναι απαλλαγμένο από αντίσταση αέρα.

Ελεύθερη πτώση σωμάτων: ορισμοί, παραδείγματα

Η ελεύθερη πτώση είναι μια ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση που συμβαίνει υπό την επίδραση της βαρύτητας.

Οι πρώτες προσπάθειες συστηματικής και ποσοτικής περιγραφής της ελεύθερης πτώσης των σωμάτων χρονολογούνται από τον Μεσαίωνα. Είναι αλήθεια ότι εκείνη την εποχή υπήρχε μια ευρέως διαδεδομένη παρανόηση ότι σώματα διαφορετικών μαζών πέφτουν με διαφορετικές ταχύτητες. Στην πραγματικότητα, υπάρχει κάποια αλήθεια σε αυτό, γιατί στον πραγματικό κόσμο, η αντίσταση του αέρα επηρεάζει πολύ την ταχύτητα της πτώσης.

Ωστόσο, εάν μπορεί να παραμεληθεί, τότε η ταχύτητα πτώσης σωμάτων διαφορετικών μαζών θα είναι η ίδια. Παρεμπιπτόντως, η ταχύτητα κατά την ελεύθερη πτώση αυξάνεται ανάλογα με το χρόνο πτώσης.

Η επιτάχυνση των σωμάτων που πέφτουν ελεύθερα δεν εξαρτάται από τη μάζα τους.

Το ρεκόρ ελεύθερης πτώσης για ένα άτομο ανήκει σήμερα στον Αυστριακό αλεξιπτωτιστή Felix Baumgartner, ο οποίος το 2012 πήδηξε από ύψος 39 χιλιομέτρων και βρισκόταν σε ελεύθερη πτώση για 36.402,6 μέτρα.

Παραδείγματα σωμάτων ελεύθερης πτώσης:

• Ένα μήλο πετάει στο κεφάλι του Νεύτωνα.
• ένας αλεξιπτωτιστής πηδά έξω από ένα αεροπλάνο.
• το φτερό πέφτει σε ένα σφραγισμένο σωλήνα από τον οποίο έχει εκκενωθεί ο αέρας.

Όταν ένα σώμα πέφτει σε ελεύθερη πτώση, εμφανίζεται μια κατάσταση έλλειψης βαρύτητας. Για παράδειγμα, τα αντικείμενα σε έναν διαστημικό σταθμό που κινούνται σε τροχιά γύρω από τη Γη βρίσκονται στην ίδια κατάσταση. Μπορούμε να πούμε ότι ο σταθμός πέφτει αργά, πολύ αργά στον πλανήτη.

Φυσικά, η ελεύθερη πτώση είναι δυνατή όχι μόνο στη Γη, αλλά και κοντά σε οποιοδήποτε σώμα με επαρκή μάζα. Σε άλλα κωμικά σώματα, η πτώση θα επιταχυνθεί επίσης ομοιόμορφα, αλλά το μέγεθος της επιτάχυνσης της ελεύθερης πτώσης θα διαφέρει από αυτό στη Γη. Παρεμπιπτόντως, έχουμε ήδη δημοσιεύσει υλικό για τη βαρύτητα στο παρελθόν.

Κατά την επίλυση προβλημάτων, η επιτάχυνση g θεωρείται συνήθως ίση με 9,81 m/s^2. Στην πραγματικότητα, η τιμή του κυμαίνεται από 9,832 (στους πόλους) έως 9,78 (στον ισημερινό). Αυτή η διαφορά οφείλεται στην περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της.

Χρειάζεστε βοήθεια για την επίλυση προβλημάτων φυσικής; Επικοινωνία

Τι είναι η ελεύθερη πτώση; Αυτή είναι η πτώση των σωμάτων στη Γη απουσία αντίστασης του αέρα. Πέφτοντας δηλαδή στο κενό. Φυσικά, η απουσία αντίστασης του αέρα είναι ένα κενό, το οποίο δεν μπορεί να βρεθεί στη Γη υπό κανονικές συνθήκες. Επομένως, δεν θα λάβουμε υπόψη τη δύναμη της αντίστασης του αέρα, θεωρώντας την τόσο μικρή που μπορεί να παραμεληθεί.

Ενταση βαρύτητος

Πραγματοποιώντας τα περίφημα πειράματά του στον Πύργο της Πίζας, ο Galileo Galilei ανακάλυψε ότι όλα τα σώματα, ανεξάρτητα από τη μάζα τους, πέφτουν στη Γη με τον ίδιο τρόπο. Δηλαδή για όλα τα σώματα η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι ίδια. Σύμφωνα με το μύθο, ο επιστήμονας έριξε στη συνέχεια μπάλες διαφορετικής μάζας από τον πύργο.

Ενταση βαρύτητος

Η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι η επιτάχυνση με την οποία όλα τα σώματα πέφτουν στη Γη.

Η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι περίπου 9,81 m s 2 και συμβολίζεται με το γράμμα g. Μερικές φορές, όταν η ακρίβεια δεν είναι θεμελιωδώς σημαντική, η επιτάχυνση της βαρύτητας στρογγυλοποιείται στα 10 m s 2.

Η Γη δεν είναι τέλεια σφαίρα και σε διαφορετικά σημεία της επιφάνειας της γης, ανάλογα με τις συντεταγμένες και το υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η τιμή του g ποικίλλει. Έτσι, η μεγαλύτερη επιτάχυνση της βαρύτητας είναι στους πόλους (≈ 9,83 m s 2), και η μικρότερη στον ισημερινό (≈ 9,78 m s 2).

Σώμα ελεύθερη πτώση

Ας δούμε ένα απλό παράδειγμα ελεύθερης πτώσης. Αφήστε κάποιο σώμα να πέσει από ύψος h με μηδενική αρχική ταχύτητα. Ας πούμε ότι σηκώσαμε το πιάνο σε ύψος h και το απελευθερώσαμε ήρεμα.

Η ελεύθερη πτώση είναι μια ευθύγραμμη κίνηση με σταθερή επιτάχυνση. Ας κατευθύνουμε τον άξονα συντεταγμένων από το σημείο αρχικής θέσης του σώματος προς τη Γη. Χρησιμοποιώντας κινηματικούς τύπους για ευθύγραμμη ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση, μπορούμε να γράψουμε:

h = v 0 + g t 2 2 .

Επειδή η αρχική ταχύτητα είναι μηδέν, ξαναγράφουμε:

Από εδώ βρίσκουμε την έκφραση για το χρόνο πτώσης ενός σώματος από ύψος h:

Λαμβάνοντας υπόψη ότι v = g t, βρίσκουμε την ταχύτητα του σώματος τη στιγμή της πτώσης, δηλαδή τη μέγιστη ταχύτητα:

v = 2 h g · g = 2 h g .

Παρομοίως, μπορούμε να εξετάσουμε την κίνηση ενός σώματος που ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με μια ορισμένη αρχική ταχύτητα. Για παράδειγμα, πετάμε μια μπάλα επάνω.

Αφήστε τον άξονα των συντεταγμένων να κατευθυνθεί κατακόρυφα προς τα πάνω από το σημείο ρίψης του σώματος. Αυτή τη φορά το σώμα κινείται εξίσου αργά, χάνοντας ταχύτητα. Στο υψηλότερο σημείο η ταχύτητα του σώματος είναι μηδέν. Χρησιμοποιώντας τύπους κινηματικής, μπορούμε να γράψουμε:

Αντικαθιστώντας v = 0, βρίσκουμε το χρόνο για να ανέβει το σώμα στο μέγιστο ύψος του:

Η ώρα της πτώσης συμπίπτει με την ώρα της ανάβασης και το σώμα θα επιστρέψει στη Γη μετά από t = 2 v 0 g.

Μέγιστο ύψος ανύψωσης ενός σώματος που ρίχνεται κάθετα:

Ας ρίξουμε μια ματιά στην παρακάτω εικόνα. Δείχνει γραφήματα των ταχυτήτων του σώματος για τρεις περιπτώσεις κίνησης με επιτάχυνση a = - g. Ας εξετάσουμε καθένα από αυτά, έχοντας προηγουμένως προσδιορίσει ότι σε αυτό το παράδειγμα όλοι οι αριθμοί είναι στρογγυλεμένοι και η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης θεωρείται ότι είναι 10 m s 2.

Το πρώτο γράφημα είναι ένα σώμα που πέφτει από ορισμένο ύψος χωρίς αρχική ταχύτητα. Φθινοπωρινός χρόνος tp = 1 s. Από τους τύπους και από το γράφημα φαίνεται εύκολα ότι το ύψος από το οποίο έπεσε το σώμα είναι h = 5 m.

Το δεύτερο γράφημα είναι η κίνηση ενός σώματος που ρίχνεται κατακόρυφα προς τα πάνω με αρχική ταχύτητα v 0 = 10 m s. Μέγιστο ύψος ανύψωσης h = 5 μ. Χρόνος ανόδου και πτώσης t p = 1 s.

Το τρίτο γράφημα είναι συνέχεια του πρώτου. Το σώμα που πέφτει αναπηδά από την επιφάνεια και η ταχύτητά του αλλάζει απότομα πρόσημο στο αντίθετο. Περαιτέρω κίνηση του σώματος μπορεί να εξεταστεί σύμφωνα με το δεύτερο γράφημα.

Το πρόβλημα της ελεύθερης πτώσης ενός σώματος σχετίζεται στενά με το πρόβλημα της κίνησης ενός σώματος που εκτινάσσεται σε μια ορισμένη γωνία ως προς τον ορίζοντα. Έτσι, η κίνηση κατά μήκος μιας παραβολικής τροχιάς μπορεί να αναπαρασταθεί ως το άθροισμα δύο ανεξάρτητων κινήσεων σε σχέση με τον κατακόρυφο και τον οριζόντιο άξονα.

Κατά μήκος του άξονα O Y το σώμα κινείται ομοιόμορφα με επιτάχυνση g, η αρχική ταχύτητα αυτής της κίνησης είναι v 0 y. Η κίνηση κατά μήκος του άξονα O X είναι ομοιόμορφη και ευθύγραμμη, με αρχική ταχύτητα v 0 x.

Προϋποθέσεις κίνησης κατά μήκος του άξονα O X:

x 0 = 0 ; v 0 x = v 0 cos α ; a x = 0.

Προϋποθέσεις κίνησης κατά μήκος του άξονα O Y:

y 0 = 0 ; v 0 y = v 0 sin α ; a y = - g .

Ας δώσουμε τύπους για την κίνηση ενός σώματος που ρίχνεται υπό γωνία ως προς την οριζόντια.

Χρόνος πτήσης σώματος:

t = 2 v 0 sin α g .

Εύρος πτήσης σώματος:

L = v 0 2 sin 2 α g .

Η μέγιστη εμβέλεια πτήσης επιτυγχάνεται σε γωνία α = 45°.

L m a x = v 0 2 g .

Μέγιστο ύψος ανύψωσης:

h = v 0 2 sin 2 α 2 g .

Σημειώστε ότι σε πραγματικές συνθήκες, η κίνηση ενός σώματος που ρίχνεται υπό γωνία προς τον ορίζοντα μπορεί να λάβει χώρα κατά μήκος μιας τροχιάς διαφορετικής από την παραβολική λόγω της αντίστασης του αέρα και του ανέμου. Η μελέτη της κίνησης των σωμάτων που πετιούνται στο διάστημα είναι μια ιδιαίτερη επιστήμη - βαλλιστική.

Εάν παρατηρήσετε κάποιο σφάλμα στο κείμενο, επισημάνετε το και πατήστε Ctrl+Enter