سقوط آزاد حرکت اجسام فقط تحت تأثیر گرانش زمین (تحت تأثیر گرانش) است.

در شرایط زمین، سقوط اجسام به طور مشروط آزاد در نظر گرفته می شود، زیرا وقتی جسمی در هوا می افتد، همیشه نیروی مقاومت هوا وجود دارد.

سقوط آزاد ایده آل تنها در خلاء امکان پذیر است، جایی که هیچ مقاومتی از هوا وجود ندارد و صرف نظر از جرم، چگالی و شکل، همه اجسام به سرعت یکسان سقوط می کنند، یعنی در هر لحظه از زمان، اجسام دارای سرعت و شتاب لحظه ای یکسان هستند.

اگر هوا را با استفاده از یک پمپ از آن خارج کنید، می توانید سقوط آزاد ایده آل اجسام را در لوله نیوتن مشاهده کنید.

در استدلال بیشتر و هنگام حل مسائل، از نیروی اصطکاک با هوا غافل می شویم و سقوط اجسام در شرایط زمینی را در حالت ایده آل آزاد می دانیم.

شتاب گرانش

در هنگام سقوط آزاد، تمام اجسام نزدیک به سطح زمین، صرف نظر از جرمشان، شتاب یکسانی به دست می آورند که شتاب گرانش نامیده می شود.
نماد شتاب گرانشی g است.

شتاب گرانش روی زمین تقریباً برابر است با:
g = 9.81m/s2.

شتاب گرانش همیشه به سمت مرکز زمین است.

در نزدیکی سطح زمین، مقدار نیروی گرانش ثابت در نظر گرفته می شود، بنابراین سقوط آزاد جسم، حرکت جسم تحت تأثیر یک نیروی ثابت است. بنابراین سقوط آزاد حرکتی با شتاب یکنواخت است.

بردار گرانش و شتاب سقوط آزاد که ایجاد می کند همیشه به یک شکل هدایت می شوند.

تمام فرمول‌های حرکت با شتاب یکنواخت برای اجسامی که آزادانه در حال سقوط هستند قابل استفاده هستند.

مقدار سرعت در هنگام سقوط آزاد یک جسم در هر زمان:

حرکت بدن:

در این صورت به جای شتاب دادن آ،شتاب گرانش به فرمول های حرکت شتاب یکنواخت وارد می شود g=9.8m/s2.

در شرایط یک سقوط ایده آل، اجسامی که از یک ارتفاع سقوط می کنند به سطح زمین می رسند و سرعت یکسانی دارند و زمان یکسانی را صرف سقوط می کنند.

در یک سقوط آزاد ایده آل، جسم با سرعتی برابر با بزرگی سرعت اولیه به زمین باز می گردد.

زمان سقوط بدن برابر است با زمانی که از لحظه پرتاب تا توقف کامل در بالاترین نقطه پرواز به سمت بالا حرکت می کند.

فقط در قطب های زمین اجسام به شدت عمودی سقوط می کنند. در تمام نقاط دیگر سیاره، مسیر حرکت جسمی که آزادانه در حال سقوط است، به دلیل نیروی کاریولیس که در سیستم‌های دوار ایجاد می‌شود، به سمت شرق منحرف می‌شود (یعنی تأثیر چرخش زمین به دور محورش تحت تأثیر قرار می‌گیرد).

میدونی

سقوط اجسام در شرایط واقعی چیست؟

اگر یک اسلحه را به صورت عمودی به سمت بالا شلیک کنید، با در نظر گرفتن نیروی اصطکاک با هوا، گلوله ای که آزادانه از هر ارتفاعی سقوط کند، سرعتی بیش از 40 متر بر ثانیه در زمین به دست می آورد.

در شرایط واقعی به دلیل وجود نیروی اصطکاک در برابر هوا، انرژی مکانیکی بدن تا حدی به انرژی حرارتی تبدیل می شود. در نتیجه، حداکثر ارتفاع خیز بدن در هنگام حرکت در فضای بدون هوا کمتر از آن چیزی است که می تواند باشد و در هر نقطه از مسیر در هنگام فرود، سرعت کمتر از سرعت صعود است.

در حضور اصطکاک، اجسام در حال سقوط فقط در لحظه اولیه حرکت شتابی برابر با g دارند. با افزایش سرعت، شتاب کاهش می یابد و حرکت بدن یکنواخت می شود.

خودتان آن را انجام دهید

اجسام در حال سقوط در شرایط واقعی چگونه رفتار می کنند؟

یک دیسک کوچک ساخته شده از پلاستیک، مقوای ضخیم یا تخته سه لا بردارید. یک دیسک با همان قطر را از کاغذ معمولی برش دهید. آنها را در حالی که در دست های مختلف نگه دارید تا یک ارتفاع بلند کنید و همزمان رها کنید. یک دیسک سنگین سریعتر از یک دیسک سبک سقوط می کند. هنگام سقوط، هر دیسک به طور همزمان تحت تأثیر دو نیرو قرار می گیرد: نیروی گرانش و نیروی مقاومت هوا. در ابتدای سقوط، نیروی گرانش حاصل و نیروی مقاومت هوا برای جسمی با جرم بزرگتر و شتاب جسم سنگین تر بیشتر خواهد بود. با افزایش سرعت بدن، نیروی مقاومت هوا افزایش می یابد و به تدریج از نظر قدر با نیروی گرانش برابر می شود؛ اجسام در حال سقوط شروع به حرکت یکنواخت می کنند، اما با سرعت های مختلف (جسم سنگین تر سرعت بیشتری دارد).
مشابه حرکت یک دیسک در حال سقوط، می توان حرکت چتربازی را که هنگام پریدن از هواپیما از ارتفاع زیاد به پایین می افتد، در نظر گرفت.

یک دیسک کاغذی سبک را روی یک دیسک پلاستیکی یا تخته سه لا سنگین‌تر قرار دهید، آنها را تا ارتفاع بلند کنید و همزمان رها کنید. در این صورت آنها در همان زمان سقوط خواهند کرد. در اینجا، مقاومت هوا فقط بر روی دیسک پایین سنگین عمل می کند و گرانش بدون توجه به جرم آنها، شتاب های مساوی را به اجسام می دهد.

تقریبا یک شوخی

لنورماند فیزیکدان پاریسی که در قرن هجدهم زندگی می کرد، چترهای معمولی باران را برداشت، انتهای پره ها را محکم کرد و از پشت بام خانه پرید. سپس با تشویق از موفقیت خود، چتر مخصوصی با صندلی حصیری ساخت و با عجله از برج مونپلیه پایین آمد. در زیر او توسط تماشاگران مشتاق احاطه شده بود. اسم چترت چیه؟ چتر نجات! - Lenormand پاسخ داد (ترجمه تحت اللفظی این کلمه از فرانسوی "در مقابل سقوط" است).

جالب هست

اگر زمین را سوراخ کنید و سنگی را به آنجا پرتاب کنید، تکلیف آن سنگ چه می شود؟
سنگ سقوط می کند و حداکثر سرعت را در وسط مسیر می گیرد، سپس با اینرسی بیشتر پرواز می کند و به سمت مخالف زمین می رسد و سرعت نهایی آن برابر با سرعت اولیه خواهد بود. شتاب سقوط آزاد در داخل زمین متناسب با فاصله تا مرکز زمین است. طبق قانون هوک، سنگ مانند وزنه ای روی فنر حرکت می کند. اگر سرعت اولیه سنگ صفر باشد، دوره نوسان سنگ در شفت برابر با دوره چرخش ماهواره در نزدیکی سطح زمین است، صرف نظر از نحوه حفر شفت مستقیم: از طریق مرکز. از زمین یا در امتداد هر وتر.

در مکانیک کلاسیک به حالت جسمی که آزادانه در میدان گرانشی حرکت می کند گفته می شود سقوط آزاد. اگر جسمی در اتمسفر بیفتد، تحت نیروی کشش اضافی قرار می گیرد و حرکت آن نه تنها به شتاب گرانشی، بلکه به جرم، سطح مقطع و عوامل دیگر بستگی دارد. با این حال، جسمی که در خلاء سقوط می کند تنها تحت یک نیروی، یعنی گرانش است.

نمونه هایی از سقوط آزاد، سفینه های فضایی و ماهواره هایی هستند که در مدار پایین زمین قرار دارند، زیرا تنها نیرویی که بر آنها اثر می گذارد جاذبه است. سیاراتی که به دور خورشید می چرخند نیز در حال سقوط آزاد هستند. اجسامی که با سرعت کم به زمین می‌افتند را می‌توان در حال سقوط آزاد در نظر گرفت، زیرا در این حالت مقاومت هوا ناچیز است و می‌توان از آنها غفلت کرد. اگر تنها نیرویی که بر اجسام وارد می شود گرانش باشد و مقاومت هوا وجود نداشته باشد، شتاب برای همه اجسام یکسان است و برابر است با شتاب گرانش در سطح زمین 9.8 متر بر ثانیه (m/s²) یا 32.2 فوت در ثانیه در ثانیه (ft/s²). در سطح سایر اجرام نجومی، شتاب گرانش متفاوت خواهد بود.

البته چتربازان می گویند که قبل از باز شدن چتر نجات در سقوط آزاد هستند، اما در واقع یک چترباز هرگز نمی تواند در سقوط آزاد باشد، حتی اگر چتر هنوز باز نشده باشد. بله، یک چترباز در "سقوط آزاد" تحت تأثیر نیروی گرانش قرار می گیرد، اما او نیز تحت تأثیر نیروی مخالف - مقاومت هوا قرار می گیرد، و نیروی مقاومت هوا فقط کمی کمتر از نیروی گرانش است.

اگر مقاومت هوا وجود نداشت، سرعت یک جسم در سقوط آزاد در هر ثانیه 9.8 متر بر ثانیه افزایش می یافت.

سرعت و مسافت یک جسم در حال سقوط به صورت زیر محاسبه می شود:

v₀ - سرعت اولیه (m/s).

v- سرعت عمودی نهایی (m/s).

ساعت₀ - ارتفاع اولیه (متر).

ساعت- ارتفاع سقوط (متر).

تی- زمان پاییز (ها).

g- شتاب سقوط آزاد (9.81 متر بر ثانیه در سطح زمین).

اگر v₀=0 و ساعت₀=0، داریم:

اگر زمان سقوط آزاد مشخص باشد:

اگر فاصله سقوط آزاد مشخص باشد:

اگر سرعت نهایی سقوط آزاد مشخص باشد:

این فرمول ها در این ماشین حساب سقوط آزاد استفاده می شود.

در سقوط آزاد، زمانی که هیچ نیرویی برای حمایت از بدن وجود ندارد، بی وزنی. بی وزنی فقدان نیروهای خارجی است که از کف، صندلی، میز و سایر اشیاء اطراف بر بدن وارد می شود. به عبارت دیگر از نیروهای واکنش حمایت کنید. به طور معمول این نیروها در جهتی عمود بر سطح تماس با تکیه گاه و اغلب به صورت عمودی به سمت بالا عمل می کنند. بی وزنی را می توان به شنا در آب تشبیه کرد، اما به گونه ای که پوست آب را احساس نکند. وقتی بعد از یک شنا طولانی مدت در دریا به ساحل می روید، همه این احساس وزن خود را می دانند. به همین دلیل است که هنگام آموزش فضانوردان و فضانوردان از استخرهای آب برای شبیه سازی بی وزنی استفاده می شود.

خود میدان گرانشی نمی تواند فشاری بر بدن شما ایجاد کند. بنابراین، اگر در یک جسم بزرگ (مثلاً در هواپیما) در حالت سقوط آزاد هستید که آن هم در این حالت است، هیچ نیروی خارجی برهم کنش بین بدن و تکیه گاه روی بدن شما وارد نمی شود و احساس می کنید بی وزنی تقریباً مانند آب به وجود می آید.

هواپیما برای آموزش در شرایط گرانش صفرطراحی شده برای ایجاد بی وزنی کوتاه مدت به منظور آموزش فضانوردان و فضانوردان و همچنین برای انجام آزمایش های مختلف. چنین هواپیماهایی در حال حاضر در چندین کشور مورد استفاده بوده و هستند. برای مدت زمان کوتاهی که در هر دقیقه پرواز حدود 25 ثانیه طول می کشد، هواپیما در حالت بی وزنی قرار می گیرد، یعنی هیچ واکنش زمینی برای سرنشینان وجود ندارد.

برای شبیه سازی بی وزنی از هواپیماهای مختلفی استفاده شد: در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه، هواپیماهای تولیدی اصلاح شده Tu-104AK، Tu-134LK، Tu-154MLK و Il-76MDK برای این منظور از سال 1961 استفاده شدند. در ایالات متحده، فضانوردان از سال 1959 بر روی هواپیماهای اصلاح شده AJ-2، C-131، KC-135 و بوئینگ 727-200 آموزش دیده اند. در اروپا، مرکز ملی تحقیقات فضایی (CNES، فرانسه) از یک هواپیمای ایرباس A310 برای آموزش گرانش صفر استفاده می کند. این اصلاح شامل اصلاح سوخت، هیدرولیک و برخی سیستم های دیگر به منظور اطمینان از عملکرد طبیعی آنها در شرایط بی وزنی کوتاه مدت و همچنین تقویت بال ها است تا هواپیما بتواند در برابر افزایش شتاب (تا 2G) مقاومت کند.

علیرغم این واقعیت که گاهی اوقات هنگام توصیف شرایط سقوط آزاد در طول پرواز فضایی در مدار زمین از عدم وجود جاذبه صحبت می شود، البته گرانش در هر فضاپیما وجود دارد. چیزی که کم است وزن است، یعنی نیروی واکنش حمایتی بر روی اجسام در فضاپیما که در اثر جاذبه با شتاب یکسانی در فضا حرکت می کنند، که فقط اندکی کمتر از زمین است. به عنوان مثال، در مدار 350 کیلومتری زمین که ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) دور زمین می چرخد، شتاب گرانشی 8.8 متر بر ثانیه است که تنها 10 درصد کمتر از سطح زمین است.

برای توصیف شتاب واقعی یک جسم (معمولاً یک هواپیما) نسبت به شتاب گرانش در سطح زمین، معمولاً از یک اصطلاح خاص استفاده می شود - اضافه بار. اگر روی زمین دراز کشیده اید، نشسته اید یا ایستاده اید، بدن شما تحت تأثیر 1 گرم نیرو قرار می گیرد (یعنی وجود ندارد). اگر در هواپیما در حال بلند شدن هستید، حدود 1.5 G را تجربه خواهید کرد. اگر همان هواپیما یک چرخش هماهنگ با شعاع محکم انجام دهد، مسافران ممکن است تا 2 گرم را تجربه کنند، به این معنی که وزن آنها دو برابر شده است.

مردم عادت دارند در شرایط بدون اضافه بار (1 گرم) زندگی کنند، بنابراین هرگونه اضافه بار تأثیر قوی بر بدن انسان دارد. همانطور که در هواپیماهای آزمایشگاهی گرانش صفر، که در آن همه سیستم های جابجایی سیال باید اصلاح شوند تا در شرایط صفر و حتی منفی گرم به درستی کار کنند، انسان ها نیز برای زنده ماندن در چنین شرایطی به کمک و «اصلاحات» مشابه نیاز دارند. یک فرد آموزش ندیده می تواند با اضافه بار 3-5 گرم (بسته به جهت بار اضافی) هوشیاری خود را از دست بدهد، زیرا چنین بار اضافی برای محروم کردن مغز از اکسیژن کافی است، زیرا قلب نمی تواند خون کافی را به آن برساند. در این راستا، خلبانان نظامی و فضانوردان با سانتریفیوژها آموزش می بینند شرایط اضافه بار بالابرای جلوگیری از از دست دادن هوشیاری در طول آنها. برای جلوگیری از از دست دادن کوتاه مدت بینایی و هوشیاری که در شرایط کار می تواند کشنده باشد، خلبانان، فضانوردان و فضانوردان لباس های جبران کننده ارتفاع می پوشند که با اطمینان از فشار یکنواخت بر کل قسمت، جریان خون از مغز را در هنگام اضافه بار محدود می کند. سطح بدن انسان

سقوط آزاد یک جسم حرکت یکنواخت آن است که تحت تأثیر گرانش رخ می دهد. در این لحظه نیروهای دیگری که می توانند روی بدن اثر بگذارند یا وجود ندارند یا به قدری کم هستند که تأثیر آنها در نظر گرفته نمی شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک چترباز از هواپیما می پرد، در چند ثانیه اول پس از پرش آزاد می افتد. این مدت زمان کوتاه با احساس بی وزنی مشخص می شود، مشابه احساسی که فضانوردان در یک فضاپیما تجربه می کنند.

تاریخچه کشف پدیده

دانشمندان در مورد سقوط آزاد یک جسم در قرون وسطی یاد گرفتند: آلبرت ساکسونی و نیکلاس اورس این پدیده را مطالعه کردند، اما برخی از نتایج آنها اشتباه بود. به عنوان مثال، آنها استدلال کردند که سرعت سقوط یک جسم سنگین به نسبت مستقیم با مسافت طی شده افزایش می یابد. در سال 1545، تصحیح این خطا توسط دانشمند اسپانیایی D. Soto انجام شد، که این واقعیت را ثابت کرد که سرعت یک جسم در حال سقوط به نسبت زمانی که از شروع سقوط این جسم می گذرد افزایش می یابد.

در سال 1590، فیزیکدان ایتالیایی گالیله گالیلهقانونی را تدوین کرد که وابستگی واضحی را برای مسافت طی شده توسط یک جسم در حال سقوط در زمان تعیین می کند. دانشمندان همچنین ثابت کرده اند که در غیاب مقاومت هوا، تمام اجرام روی زمین با شتاب یکسان سقوط می کنند، اگرچه قبل از کشف آن، عموماً پذیرفته شده بود که اجسام سنگین سریعتر سقوط می کنند.

یک مقدار جدید کشف شد - شتاب گرانش، که از دو جزء شتاب گرانشی و گریز از مرکز تشکیل شده است. شتاب گرانش با حرف g نشان داده می شود و مقادیر مختلفی برای نقاط مختلف کره زمین دارد: از 9.78 m / s 2 (نشانگر برای استوا) تا 9.83 m / s 2 (مقدار شتاب در قطب ها). دقت نشانگرها تحت تأثیر طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی، زمان روز و برخی عوامل دیگر است.

مقدار استاندارد g برابر 9.80665 m/s 2 در نظر گرفته شده است. در محاسبات فیزیکی که به دقت بالایی نیاز ندارند، مقدار شتاب 9.81 m/s 2 در نظر گرفته می شود. برای تسهیل محاسبات، مجاز است مقدار g برابر با 10 m/s 2 در نظر گرفته شود.

به منظور نشان دادن چگونگی سقوط یک جسم مطابق با کشف گالیله، دانشمندان آزمایش زیر را انجام دادند: اجسام با جرم های مختلف در یک لوله شیشه ای بلند قرار می گیرند و هوا از لوله خارج می شود. پس از این، لوله برگردانده می شود، همه اجسام بدون توجه به جرم آنها به طور همزمان تحت تأثیر گرانش به پایین لوله سقوط می کنند.

هنگامی که اجسام مشابه در هر محیطی قرار می گیرند، همزمان با نیروی گرانش، نیروی مقاومتی بر آنها وارد می شود، بنابراین اجسام بسته به جرم، شکل و چگالی خود، در زمان های مختلف سقوط می کنند.

فرمول های محاسبات

فرمول هایی وجود دارد که می توان از آنها برای محاسبه شاخص های مختلف مرتبط با سقوط آزاد استفاده کرد. آنها از موارد زیر استفاده می کنند افسانه:

1. u سرعت نهایی حرکت بدن مورد مطالعه m/s است.
2. h ارتفاعی است که بدن مورد مطالعه از آن حرکت می کند، m.
3. t زمان حرکت بدن مورد مطالعه، s است.
4. g - شتاب (مقدار ثابت برابر با 9.8 m/s 2).

فرمول تعیین مسافت طی شده توسط یک جسم در حال سقوط با سرعت نهایی و زمان سقوط مشخص: h = ut /2.

فرمول محاسبه مسافت طی شده توسط یک جسم در حال سقوط با استفاده از مقدار ثابت g و زمان: h = gt 2/2.

فرمول تعیین سرعت یک جسم در حال سقوط در پایان سقوط با زمان سقوط مشخص: u = gt.

فرمول محاسبه سرعت یک جسم در پایان سقوط آن، در صورتی که ارتفاع جسم مورد مطالعه از آن مشخص باشد: u = √2 gh.

بدون کاوش در دانش علمی، تعریف روزمره حرکت آزاد به حرکت جسمی در جو زمین اشاره دارد که تحت تأثیر هیچ عامل خارجی غیر از مقاومت هوا و گرانش اطراف قرار نگیرد.

در زمان‌های مختلف، داوطلبان با یکدیگر رقابت می‌کنند و سعی می‌کنند بهترین شخصی را به دست آورند. در سال 1962، یک چترباز آزمایشی از اتحاد جماهیر شوروی، اوگنی آندریف، رکوردی را ثبت کرد که در کتاب رکوردهای گینس گنجانده شد: هنگام پرش با چتر نجات در سقوط آزاد، مسافت 24500 متر را بدون استفاده از چتر ترمز طی کرد. پرش

در سال 1960 دی کیتینگر آمریکایی از ارتفاع 31 هزار متری پرش چتر نجات انجام داد اما با استفاده از سیستم ترمز چتر نجات.

در سال 2005، رکورد سرعت در هنگام سقوط آزاد ثبت شد - 553 کیلومتر در ساعت، و هفت سال بعد یک رکورد جدید به ثبت رسید - این سرعت به 1342 کیلومتر در ساعت افزایش یافت. این رکورد متعلق به فلیکس باومگارتنر چترباز اتریشی است که به خاطر شیرین کاری های خطرناکش در سراسر جهان شناخته شده است.

ویدئو

ویدیویی جالب و آموزشی ببینید که سرعت سقوط اجسام را به شما می گوید.

سه شنبه است، یعنی امروز دوباره در حال حل مشکلات هستیم. این بار با موضوع "سقوط آزاد اجسام".

سوالات با پاسخ در مورد سقوط آزاد اجسام

سوال 1.جهت بردار شتاب گرانشی چیست؟

پاسخ:به سادگی می توان گفت که شتاب gبه سمت پایین هدایت می شود. در واقع، به طور دقیق تر، شتاب گرانش به سمت مرکز زمین هدایت می شود.

سوال 2.شتاب سقوط آزاد به چه چیزی بستگی دارد؟

پاسخ:در زمین، شتاب ناشی از گرانش به عرض جغرافیایی و همچنین ارتفاع بستگی دارد ساعت بالا بردن بدن از سطح در سیارات دیگر این مقدار به جرم بستگی دارد م و شعاع آر جسم آسمانی. فرمول کلی برای شتاب سقوط آزاد به صورت زیر است:

سوال 3.بدن به صورت عمودی به سمت بالا پرتاب می شود. چگونه می توانید این جنبش را توصیف کنید؟

پاسخ:در این حالت بدن با شتاب یکنواخت حرکت می کند. همچنین زمان خیز و زمان سقوط بدن از حداکثر ارتفاع برابر است.

سوال 4.و اگر بدن نه به سمت بالا، بلکه به صورت افقی یا با زاویه نسبت به افقی پرتاب شود. این چه نوع حرکتی است؟

پاسخ:می توان گفت که این نیز یک سقوط آزاد است. در این حالت حرکت باید نسبت به دو محور عمودی و افقی در نظر گرفته شود. بدن به طور یکنواخت نسبت به محور افقی حرکت می کند و با شتاب نسبت به محور عمودی به طور یکنواخت شتاب می گیرد. g.

بالستیک علمی است که به بررسی ویژگی ها و قوانین حرکت اجسامی که در زاویه ای نسبت به افق پرتاب می شوند، می پردازد.

سوال 5.سقوط آزاد به چه معناست؟

پاسخ:در این زمینه، درک می شود که وقتی یک جسم سقوط می کند، از مقاومت هوا عاری است.

سقوط آزاد اجسام: تعاریف، مثال ها

سقوط آزاد حرکتی با شتاب یکنواخت است که تحت تأثیر گرانش رخ می دهد.

اولین تلاش ها برای توصیف سیستماتیک و کمی سقوط آزاد اجسام به قرون وسطی باز می گردد. درست است، در آن زمان این تصور غلط وجود داشت که اجسام با جرم های مختلف با سرعت های مختلف سقوط می کنند. در واقع، حقیقتی در این مورد وجود دارد، زیرا در دنیای واقعی، مقاومت هوا تا حد زیادی بر سرعت سقوط تأثیر می گذارد.

اما اگر بتوان آن را نادیده گرفت، سرعت سقوط اجسام با جرم های مختلف یکسان خواهد بود. ضمناً سرعت در هنگام سقوط آزاد متناسب با زمان سقوط افزایش می یابد.

شتاب اجسامی که آزادانه در حال سقوط هستند به جرم آنها بستگی ندارد.

رکورد سقوط آزاد برای یک نفر در حال حاضر متعلق به فلیکس باومگارتنر اتریشی است که در سال 2012 از ارتفاع 39 کیلومتری پرید و 36402.6 متر در سقوط آزاد بود.

نمونه هایی از سقوط آزاد اجسام:

• یک سیب روی سر نیوتن پرواز می کند.
• یک چترباز از هواپیما بیرون می پرد.
• پر در یک لوله مهر و موم شده که هوا از آن تخلیه شده است می افتد.

هنگامی که بدن در سقوط آزاد سقوط می کند، حالت بی وزنی رخ می دهد. به عنوان مثال، اجرام در یک ایستگاه فضایی که در مداری به دور زمین حرکت می کنند، در همین حالت هستند. می توان گفت که ایستگاه به آرامی، بسیار آهسته بر روی سیاره سقوط می کند.

البته سقوط آزاد نه تنها در زمین، بلکه در نزدیکی هر جسمی با جرم کافی امکان پذیر است. در سایر اجسام کمیک، سقوط نیز به طور یکنواخت شتاب می گیرد، اما بزرگی شتاب سقوط آزاد با شتاب زمین متفاوت است. به هر حال، ما قبلاً مطالبی در مورد گرانش منتشر کرده ایم.

هنگام حل مسائل، شتاب g معمولا برابر با 9.81 m/s^2 در نظر گرفته می شود. در واقع، مقدار آن از 9.832 (در قطب ها) تا 9.78 (در استوا) متغیر است. این تفاوت به دلیل چرخش زمین به دور محور خود است.

برای حل مسائل فیزیک به کمک نیاز دارید؟ مخاطب

سقوط آزاد چیست؟ این سقوط اجسام به زمین در غیاب مقاومت هوا است. به عبارت دیگر افتادن در خلأ. البته عدم وجود مقاومت هوا خلأ است که در شرایط عادی نمی توان آن را روی زمین یافت. بنابراین نیروی مقاومت هوا را با در نظر گرفتن آنقدر کم که می توان از آن غافل شد، در نظر نخواهیم گرفت.

شتاب گرانش

گالیله گالیله با انجام آزمایشات معروف خود بر روی برج پیزا، متوجه شد که تمام اجسام، صرف نظر از جرمشان، به یک شکل به زمین می افتند. یعنی برای همه اجسام شتاب گرانش یکسان است. طبق افسانه، دانشمند سپس توپ هایی با جرم های مختلف را از برج پرتاب کرد.

شتاب گرانش

شتاب گرانش شتابی است که با آن تمام اجسام به زمین سقوط می کنند.

شتاب گرانش تقریباً 9.81 m s 2 است و با حرف g نشان داده می شود. گاهی اوقات، زمانی که دقت اساساً مهم نیست، شتاب گرانش به 10 متر بر ثانیه گرد می‌شود.

زمین یک کره کامل نیست و در نقاط مختلف سطح زمین، بسته به مختصات و ارتفاع از سطح دریا، مقدار g متفاوت است. بنابراین، بیشترین شتاب گرانش در قطب ها (≈ 9.83 m s 2) و کمترین آن در خط استوا (≈ 9.78 m s2) است.

بدن سقوط آزاد

بیایید به یک مثال ساده از سقوط آزاد نگاه کنیم. بگذارید جسمی از ارتفاع h با سرعت اولیه صفر سقوط کند. فرض کنید پیانو را تا ارتفاع h بالا بردیم و با آرامش آن را رها کردیم.

سقوط آزاد یک حرکت مستطیل با شتاب ثابت است. بیایید محور مختصات را از نقطه موقعیت اولیه جسم به سمت زمین هدایت کنیم. با استفاده از فرمول های سینماتیک برای حرکت یکنواخت مستطیل با شتاب، می توانیم بنویسیم:

h = v 0 + g t 2 2 .

از آنجایی که سرعت اولیه صفر است، بازنویسی می کنیم:

از اینجا عبارت زمان سقوط جسم از ارتفاع h را می یابیم:

با در نظر گرفتن v = g t، سرعت بدن را در لحظه سقوط پیدا می کنیم، یعنی حداکثر سرعت:

v = 2 ساعت گرم · g = 2 ساعت گرم.

به همین ترتیب، می‌توانیم حرکت جسمی را که به صورت عمودی به سمت بالا پرتاب می‌شود با سرعت اولیه مشخصی در نظر بگیریم. مثلاً یک توپ را به بالا پرتاب می کنیم.

اجازه دهید محور مختصات از نقطه پرتاب بدنه به صورت عمودی به سمت بالا هدایت شود. این بار بدن به همان اندازه آهسته حرکت می کند و سرعت خود را از دست می دهد. در بالاترین نقطه سرعت بدن صفر است. با استفاده از فرمول های سینماتیک می توانیم بنویسیم:

با جایگزینی v = 0، زمانی را پیدا می کنیم که بدن به حداکثر ارتفاع خود برسد:

زمان سقوط مصادف با زمان صعود است و بدن پس از t = 2 v 0 g به زمین باز می گردد.

حداکثر ارتفاع بلند کردن بدنی که به صورت عمودی پرتاب می شود:

بیایید نگاهی به تصویر زیر بیندازیم. نمودارهای سرعت بدن را برای سه حالت حرکت با شتاب a = - g نشان می دهد. بیایید هر یک از آنها را در نظر بگیریم، و قبلاً مشخص کردیم که در این مثال همه اعداد گرد هستند و شتاب سقوط آزاد 10 m s 2 در نظر گرفته شده است.

نمودار اول جسمی است که از ارتفاع معینی بدون سرعت اولیه سقوط می کند. زمان پاییز tp = 1 ثانیه. از فرمول ها و نمودار به راحتی می توان فهمید که ارتفاعی که بدن از آن سقوط کرده است h = 5 متر است.

نمودار دوم حرکت جسمی است که به صورت عمودی به سمت بالا با سرعت اولیه v 0 = 10 m s پرتاب می شود. حداکثر ارتفاع بلند کردن h = 5 متر. زمان صعود و زمان سقوط t p = 1 ثانیه.

نمودار سوم ادامه نمودار اول است. بدن در حال سقوط از سطح می پرد و سرعت آن به شدت به عکس تغییر می کند. حرکت بیشتر بدن را می توان با توجه به نمودار دوم در نظر گرفت.

مسئله سقوط آزاد جسم ارتباط تنگاتنگی با مسئله حرکت جسمی دارد که در زاویه خاصی نسبت به افق پرتاب می شود. بنابراین، حرکت در امتداد یک مسیر سهموی را می توان به عنوان مجموع دو حرکت مستقل نسبت به محورهای عمودی و افقی نشان داد.

در امتداد محور O Y بدن با شتاب g به طور یکنواخت حرکت می کند، سرعت اولیه این حرکت v 0 y است. حرکت در امتداد محور O X یکنواخت و مستطیل است، با سرعت اولیه v 0 x.

شرایط حرکت در امتداد محور O X:

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

شرایط حرکت در امتداد محور OY:

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

اجازه دهید فرمول هایی را برای حرکت جسمی که در زاویه ای نسبت به افقی پرتاب می شود، ارائه دهیم.

زمان پرواز بدنه:

t = 2 v 0 sin α g .

محدوده پرواز بدنه:

L = v 0 2 sin 2 α g .

حداکثر برد پرواز در زاویه α = 45 درجه به دست می آید.

L m a x = v 0 2 g .

حداکثر ارتفاع بلند کردن:

h = v 0 2 sin 2 α 2 g .

توجه داشته باشید که در شرایط واقعی، حرکت جسمی که با زاویه ای نسبت به افق پرتاب می شود، می تواند در امتداد مسیری متفاوت از سهموی به دلیل مقاومت هوا و باد انجام شود. مطالعه حرکت اجسام پرتاب شده در فضا یک علم خاص - بالستیک است.

در صورت مشاهده خطایی در متن، لطفاً آن را برجسته کرده و Ctrl+Enter را فشار دهید