▷ Свободное падение

В этой статье объясняется, что такое свободное падение в физике. Вы также найдете формулы свободного падения и, кроме того, решенный пример падения тела в свободном падении.

Что такое свободное падение?

В физике свободное падение — это вид прямолинейного движения, при котором тело падает вертикально с определенной высоты только под действием силы тяжести. Другими словами, при свободном падении тело падает прямолинейно и трением о воздух или любое другое препятствие пренебрегают.

Поэтому основной характеристикой свободного падения является то, что трение (или трение) о воздух не учитывается. Таким образом, единственной силой, участвующей в движении свободного падения, является сила гравитации.

Например, если мы сбросим мяч с крыши здания и пренебрегаем трением мяча о воздух, он совершит свободное падение, поскольку единственная сила, действующая на него, — это сила тяжести.

Формулы свободного падения

Ниже вы можете увидеть, каковы все формулы движения свободного падения. Эти формулы позволят вам решить задачи свободного падения тела.

Позиция

Тело, свободно падающее без всякого трения, совершает равноускоренное прямолинейное движение (МРУА). Таким образом, из формулы положения МРУА выводится формула, которая позволит рассчитать положение тела в свободном падении:

$y=H-v_0\cdot (t-t_0)-\cfrac{1}{2}\cdot g \cdot (t-t_0)^2$

Золото:

$y$

— высота тела в свободном падении.
$H$

— высота, на которую проецируется тело.
$v_0$

– начальная скорость тела.
$t$

— момент, в который рассчитывается положение тела.
$t_0$

это начальный момент.
$g$

– ускорение свободного падения, значение которого на Земле составляет 9,81 м/с ² .

Обратите внимание, что началом координат этой системы отсчета является земля. Другими словами, тело столкнется с землей в положении y=0.

Скорость

Тело, падающее свободно без всякого трения, описывает равноускоренное прямолинейное движение, поэтому формула, которая позволит найти скорость в любой момент, будет следующей:

$v=v_0-g\cdot (t-t_0)$

Золото:

$v$

— скорость тела в данный момент.
$v_0$

– начальная скорость тела.
$g$

– ускорение свободного падения, значение которого на Земле составляет 9,81 м/с ² .
$t$

– момент времени, в течение которого вычисляется скорость тела.
$t_0$

это начальный момент.

Примечание. Имейте в виду, что свободно падающее тело движется вниз, поэтому скорость имеет отрицательный знак. Значит, чем ниже находится тело, тем отрицательнее будет его скорость.

Ускорение

Во время свободного падения трением пренебрегают, единственная сила, которая вмешивается, — это сила гравитации. Следовательно, ускорение постоянно на протяжении всей траектории.

$a=-g$

Золото:

$a$

это ускорение тела.
$g$

– ускорение свободного падения, значение которого на Земле составляет 9,81 м/с ² .

Краткое изложение формул свободного падения

Ниже вы можете увидеть таблицу со всеми формулами свободного падения в виде сводки:

Заметим, что масса тела, опускающегося в свободном падении, не фигурирует ни в одной формуле, а это значит, что положение, скорость и ускорение тела не зависят от его массы, если пренебречь трением.

Упражнение в свободном падении решено

В этом разделе мы шаг за шагом разберем упражнение в свободном падении, чтобы вы лучше поняли концепцию этого типа движения.

Тело падает в свободное падение с высоты 80 метров с нулевой начальной скоростью. С какой скоростью тело упадет на землю? Трением о воздух пренебречь и принять значение силы тяжести g=10 м/с ² .

Чтобы определить скорость тела в свободном падении при ударе о землю, необходимо сначала найти время свободного падения. Когда тело находится на земле, его положение будет y=0, поэтому мы устанавливаем уравнение положения равным нулю:

$y=H-v_0\cdot (t-t_0)-\cfrac{1}{2}\cdot g \cdot (t-t_0)^2$

$0=80-0 \cdot (t-0)-\cfrac{1}{2}\cdot 10 \cdot (t-0)^2$

$0=80-5t^2$

Решаем полученное квадратное уравнение:

$\begin{aligned}5t^2&=80\\[2ex]t^2&=\cfrac{80}{5}\\[2ex]t^2&=16\\[2ex]t&=\sqrt{ 16}=\begin{cases}4\\[2ex]-4 \ \color{red}\bm{\times}\end{cases}\\[2ex]t&=4\ s\end{aligned}[/ latex] Et maintenant que nous connaissons le temps nécessaire au corps pour atteindre le sol, nous utilisons l'équation de la vitesse pour trouver la vitesse finale du corps : [latex]\begin{aligned}v&=v_0-g\cdot (t-t_0)\\[2ex]v&=0-10\cdot (4-0)\\[2ex]v&=-40 \ \cfrac{ m}{s}\end{aligné}$

Свободное падение и вертикальная съемка

Наконец, мы увидим, в чем разница между свободным падением и вертикальным выстрелом, поскольку это два очень похожих, но немного разных типа движений.

Вертикальный бросок предполагает бросок тела вертикально вверх, так что тело сначала поднимается, а затем падает, пока не достигнет земли. Аналогично, при вертикальном выстреле тело можно бросить и вниз, главное, чтобы оно двигалось прямолинейно и была применена начальная скорость.

Отличие свободного падения от вертикального броска состоит в том, что в общем случае при свободном падении тело не имеет начальной скорости, поскольку тело просто падает. Напротив, при вертикальном броске тело имеет начальную скорость, поскольку при броске тела действует сила.

Следовательно, конечная скорость тела и время достижения земли различны при свободном падении и вертикальном броске. Однако ускорение в обоих типах движения одинаково, поскольку оно является ускорением свободного падения.

➤ См.: Характеристики вертикальной плоскости.

Что такое свободное падение?

Формулы свободного падения

Позиция

Скорость

Ускорение

Краткое изложение формул свободного падения

Упражнение в свободном падении решено

Свободное падение и вертикальная съемка

Оставить комментарий Отменить ответ