Свободное падение тела — формулы. Ускорение свободного падения.

Свободное падение Физика

Всем известно, что любое тело, предоставленное самому себе, падает на землю. Тела, брошенные вверх, также падают на землю. Мы говорим, что это падение происходит вследствие притяжения Земли. Это всеобщее явление, и поэтому изучение законов свободного падения тел только по действием притяжения Земли представляет особый интерес.

Однако, повседневные наблюдения показывают, что тела в обычных условиях падают по-разному. Например, тяжелый шар падает быстро, легкий лист бумаги — медленно и по сложной траектории.

Реальные условиях падения тел

Таким образом, характер движения, скорость и ускорение падающих тел в обычных условиях зависят от их тяжести, размеров и формы. Понятно, что такое движение тел нельзя называть свободным падением под действием только земного притяжения. Наблюдения показывают, что эти различия обусловлены также сопротивлением воздуха. Поэтому, если мы хотим изучить свободное падение тел, то должны полностью освободиться от действиях воздуха. Первым пришел к этой мысли великий итальянский ученый Галилео Галилей.

Галилей в 1583 году в итальянском городе Пиза провел первые наблюдения за особенностями свободного падения тяжелых и легких шаров одинакового диаметра. При этом он установил, что все эти шары достигали поверхности земли практически одновременно.

Пизанская башня
Пизанская башня

Пизанская башня высотой 58 м начала строиться в 1173 году и должна была увековечить славу города. Это сооружение, уже слегка наклоненное и поэтому прозванное «падающей» башней, было достроено в 1360 году. Законы, открытые Галилеем, и знаменитая башня прославили город Пизу на весь мир.

Законы свободного падения

Проделав многочисленные опыты с телами различного объема и формы, Галилей пришел к выводу, что в безвоздушном пространстве (в вакууме) все тела падают одинаково.

В вакууме все тела падают с одинаковым ускорением
В вакууме все тела падают с одинаковым ускорением

Значение открытого Галилеем закона велико. Он выражает одно из важнейших свойств материи, позволяет понять и объяснить многие особенности строения нашей Вселенной. Вместе с тем идеи Галилея легли в основу ньютоновской механики.

Доказательство законов Галилея о свободном падении тел — опыты Ньютона

Галилей не мог проверить свои предположения, потому что в XVII веке осуществить падение тел в безвоздушном пространстве было невозможно из-за отсутствия воздушных насосов. Исследования, проведенные лишь 80 лет спустя И. Ньютоном, подтвердили правильность гипотезы Галилей. Гипотеза перестала быть гипотезой.

Суть опытов Ньютона заключается в следующем: в стеклянную трубку, длинной 1 м помещают различные предметы — кусочек свинца, пробку, перо. Если перевернуть трубку так, чтобы эти предметы могли падать, то раньше всех упадет кусочек свинца, за ним  — пробка, и, наконец, плавно опустится перо. Если же откачать из трубки воздух, то при повторении опыта эти же тела будут падать совершенно одинаково.

Падение тел при отсутствии сопротивления среды называется свободным падением.

Ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения принято обозначать буквой g. Вектор ускорения свободного падения \overrightarrow{g} всегда направлен вниз. При свободном падении все теля вблизи поверхности земли движутся равноускорено. Значит, свободное падение тел является примером равноускоренного движения. Если сделать ряд моментальных снимков падающего шарика через равные промежутки времени, то по расстояниям между последовательными положениями шарика можно определить, что движение действительно было равноускоренным. Измеряя эти промежутки, можно легко рассчитать и численное значение ускорения свободного падения.

Формулы свободного падения
Формулы свободного падения

Более точные измерения показывают, что ускорение свободного падения в различных точках поверхности земли несколько различаются. Так, в зависимости от географической широты местности, ускорение свободного падения изменяется следующим образом 0^{\circ} - 9,78049 м/с2, 60^{\circ} - 9,81924 м/с2, 90^{\circ} - 9,83221 м/с2.

Как видно, величина ускорения свободного падения больше у полюса и уменьшается с приближением к экватору. При грубых расчетах используют приближенное значение ускорения свободного падения тел: g=9,8 м/с2, а иногда в условиях задач указывают значение, равное 10 м/с2.

Примеры решения задач

Тело находится на высоте h. Определим, через какой промежуток времени оно упадет на землю и какую скорость будет иметь в момент падения. Начальная скорость равна нулю. Рассмотрим движение тела относительно Земли. Тело при падении будет двигаться с ускорением, направленным вниз, по вертикали прямолинейно и равноускорено, согласно закону \displaystyle s=v_0 t+ \frac{at^2}{2}. Длину пути будем отсчитывать от точки начала падения, а направление вниз будем считать положительным.

Время будем брать в расчет от момента начала падения. По условию задачи, если t=0, то s_0=0 и v_0=0. Тогда перемещение тела и его скорость определяем по формулам:

s=\frac{gt^2}{2};    v=gt.

И в момент падения тела на Землю s=h.

Находим время t=\sqrt{\frac{2h}{g}} и скорость в момент падения v=\sqrt{2gh}.

Задай вопрос эксперту
Иван Фомичев
Иван Фомичев
Доктор физико-математических наук, профессор
Спросить
Дорогие ребята, вы можете задать мне вопросы по теме статьи.
Оцените статью
( 3 оценки, среднее 5 из 5 )
Знания и образование - вопросы школьной и вузовской программы
Подписаться
Уведомить о
9 комментариев
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
владимир
1 месяц назад

интересно-но не для моего ума статья

роман
1 месяц назад

Хорошо все обьяснено для ребенка

олег
1 месяц назад

Интересная статья про силу тяготения. А Пизанская башна сколько лет стоит и не падает, удивительно, но факт! А в безвоздушном пространстве все тела падают одинаково, почему так?

Алина
1 месяц назад

Вот вспомнила законы физики. Если бы так хорошо объясняли материал в те времена, когда я училась, то физика не казалась бы непостижимым предметом.

Тамара
1 месяц назад

Очень интересная о законе притяжения земли. Иногда происходят вещи казалось бы необъяснимые с точки логики. Но наука все объясняет и становится понятны многие вещи. Нравится, познавательная статья.

Виталий
1 месяц назад

Статья для школьного курса физики замечательная. Если бы сюда еще дети заходили, думаю для них было бы интересно.

Павел
1 месяц назад

Все так интересно и понятно написано. Всё это проходил на физике — одним из моих любимых школьных предметов.

Ольга
1 месяц назад

Интересные факты о Пизанской башне я узнала! Физика вообще — умная наука. Как мне кажется — намного лучше математики.

Ольга
1 месяц назад

Статья классная!..написана доступным языком, интересно. Я думаю, что для школьников средних классов, начинающих изучать физику, самое то!!!