Привет! Сегодня хочу познакомить Вас с такой темой как “Свободное падение тел”. Также, в разделе кинематики, это заключительная тема.
Роняя на землю предметы, мы можем наблюдать, как стремительно они падают вниз.
Это происходит вследствие того, что наша планета имеет магнитное поле, которое с определённой силой притягивает к себе объекты.
Множественные эксперименты показывают, падение тел без начальной скорости происходит перпендикулярно к земле, а это означает что их движение прямолинейное.
Вывести закон движения свободно падающего тела не совсем просто. Дело в том, что при падении тела воздух создает сопротивление, которое его замедляет. Чем объект больших размеров тем это сопротивление сильнее. Но также чем тяжелее объект - тем сопротивление воздуха становиться менее заметным, а скорость падения возрастает.
Если посмотреть художественные фильмы о космоссе, где главные герои возвращаются на Землю, то можно заметить, что при вхождении космического корабля на большой скорости в атмосферу Земли он начинает воспламеняться.
Это происходит из-за сопротивления воздуха: оно настолько велико, что метал корабля очень и очень нагревается. Из этого можно сделать вывод, что чем выше скорость объекта – тем сильнее сопротивление воздуха.
В рамках статьи не буду учитывать сопротивление воздуха, так как к этой теме еще предстоит вернуться в будущем. Поэтому давайте представим, что при падении воздух никак не воздействует на наши испытуемые тела.
Если присмотреться к падающему телу, то можно заметить, что скорость, с которой происходит падение, постоянно возрастает. В близи поверхности Земли такое ускорение равно 9,81 м/с2 и обозначается буквой “g ”.
С чего следует еще один вывод: свободное падение можно охарактеризовать как прямолинейное равноускоренное движение.
А теперь давайте применим полученные знания, что бы решить задачу “Падение”.
На стиральной машине спал кот Илона Маска. Ему что-то приснилось и он дергнул лапой: в результате его любимый мячик срывается с края машинки и начинает процесс свободного падения.
Расстояние до пола составляет h =100 см. Давайте разберемся, через какое время мячик достигнет пола, и какая будет его скорость в момент приземления.
Начертим ось координат Х, на которой отобразим расстояние, которое пройдет объект от начала до конца свободного падения.
Как нам это поможет ?
В предыдущей статье, при прямолинейном равноускоренном движении была выведена формула, показывающая зависимость координаты тела от времени: Х=Х0 +V 0t +(at 2)/2.
А свободное падение мяча как раз таки и является прямолинейным равноускоренным движением. Все что нам осталось – это подставить известные нам переменные.
Начальная координата мяча это Х0 и равняется она нулю; Скорость на момент начала падения V0 тоже равна нулю. Исходя из логических размышлений, приходим к выводу, что условие достижения мячиком пола является достижение координаты Х, которая в нашем случае соответствует отметке в 100 сантиметров.
В случае со свободным падением ускорение “a ” будет равняться ускорению свободного падения “g ”, а это 9,81 м/с2
Во время расчетов важно помнить о соответствии величин измерения. То есть если ускорение мы представляем в метрах за секунду в квадрате, то и значение координат должно быть в метрах. Поэтому 100 сантиметров переведем в метры. И это будет один метр.
Проводим математические преобразования и находим что время падения t = 0,45с., а скорость мяча на момент достижения пола, согласно формуле V=V0+a*t составляет 4,4м/c
Хочу напомнить, что при решении этой задачи мы не учитывали сопротивление воздуха, и мы не учитывали массу мяча. В случае с нашей задачей считаем, что мяч был резиновый и достаточно небольших размеров. Но при решении узко-специализированных задач, естественно, сопротивление воздуха и масса объекта учитываются.