Уважаемые пользователи! В связи с блокировкой Роскомнадзором хостингов Telegram наш сайт (как и некоторые другие сайты Интернета), а также оплата абонементов могут быть недоступны или работать некорректно для части пользователей. Просим всех столкнувшихся с проблемами обращаться по адресу info@interneturok.ru.
Классы
Предметы

Свободное падение тел

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Свободное падение тел

При помощи данного видеоурока вы сможете самостоятельно изучить тему «Свободное падение тел». В начале урока учитель напомнит пройденный материал – три закона Ньютона, а затем перейдёт к изучению сил в природе и их классификации. Учащиеся получат представление о свободном падении тел.

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 16: Свободное падение тел

Ерюткин Евгений Сергеевич

Классификация сил

В механике рассматривают три вида сил. Это гравитационные силы, силы трения и силы упругости. Две последние разновидности (силы трения и силы упругости) определяются тем, как взаимодействуют между собой атомы и молекулы вещества, происхождение этих сил является электромагнитным.

Что касается гравитационных сил, само название «гравитационный» происходит от латинского «гравио», что означает «тяжесть». Как видите, эти силы связаны с взаимодействием тел, обладающих массой.

Свободное падение

Итак, давайте поговорим о том, что же такое свободное падение тел и как оно связано с гравитационным взаимодействием.

Определение: свободным падением тел называют движение, которое совершается под действием силы тяжести.

Сила тяжести – это сила, которая определяет взаимодействие тела вблизи поверхности Земли непосредственно с самой Землёй.

Ускорение свободного падения

Если мы говорим о силе тяжести, то необходимо вспомнить, что по второму закону Ньютона сила тяжести определяется как произведение массы тела на ускорение. В данном случае ускорением является величина, которую называют ускорением свободного падения. Её обозначают g, читается по-французски «же», происходит это обозначение от первой буквы слова «гравио».

g ≈ 9,81 м/с2

Обратите внимание, что ускорение свободного падения приблизительно равно 9,81 м/с2. Почему приблизительно? Об этом поговорим чуть позже.

Исходя из этого, сила тяжести будет равна:

F = mg

История изучения свободного падения

Впервые величину ускорения свободного падения определил итальянский учёный Галилео Галилей.

Галилео Галилей

Рис. 1. Галилео Галилей

Он запускал по наклонной плоскости мушкетную пулю и определял ускорение, с которым эта пуля движется. Когда угол наклона увеличивался, то возрастало и ускорение. Проведя огромное количество экспериментов, Галилей пришёл к выводу, что есть предельное ускорение, с которым может двигаться тело, это если наклонная плоскость будет располагаться вертикально, то есть угол наклона будет 90 градусов, а это как раз то, о чём мы говорим, – движение по вертикали, свободное падение тела. В результате таких опытов он вычислил величину такого предельного ускорения: 9,81 м/с2.

До Галилея главенствовала теория Аристотеля, который утверждал следующее: быстрее падает то тело, у которого больше масса, т.к. все тела стремятся воссоединиться с Землёй тем сильнее, чем больше их масса.

Значение ускорения свободного падения

Практически, во всех задачах ускорение свободного падения мы будем считать равным 10 м/с2. Мы делаем это приближение только потому, что так легче вычислять конечный результат. Однако, если нам нужна большая точность, можно брать значение ускорения свободного падения с нужным количеством знаков после запятой.

Кинематика свободного падения

Рассматривая свободное движение тел по вертикали, важно отметить, что это движение происходит вдоль прямой. Как мы сказали, ускорение в данном случае величина постоянная. Итак, это движение прямолинейное, ускоренное, для определения положения тела при свободном падении мы можем воспользоваться законом движения Галилея.

На предыдущих уроках мы обсудили вопрос движения тела вдоль прямой с постоянным ускорением и отметили, что в данном случае путь и перемещение равны по модулю и вычисляются по формуле: S = V0t + at2/2.

Ниже записано уравнение, которое ставится в соответствие с вертикальным движением. Разница будет только в том, что вместо буквы Sмы используем букву H(высота). Раз мы говорим о свободном падении, значит, начальная скорость будет равна нулю, то есть произведение – V0tбудет равно нулю, и, следовательно, высота H: H = gt2/2.

Этот результат дает возможность определять и время движения, и высоту, на которую поднимается или, наоборот, с которой падает тело.

Выбор системы отсчёта при рассмотрении свободного падения

Важным в таком случае является выбор системы отсчета. В данном случае, когда тело движется по вертикали, необходимо начало отсчёта брать на поверхности Земли или точку, которая совершенно чётко и определённо находится на определённой высоте от Земли. Ось, по которой движется тело, в данном случае это тоже будет одна ось, но это уже будет не ось X, а ось Y. Если эта ось направлена вертикально вверх от поверхности Земли, то следует помнить, что ускорение свободного падения в этом случае всегда направлено вниз, направлено по радиусу к центру Земли, поэтому в данной системе отсчёта ускорение свободного падения надо принимать со знаком минус.

свободное падение

Рис. 2. К вопросу о выборе системы отсчета в случае свободного падения

Обратите внимание на эти особенности, в дальнейшем мы поговорим о конкретном вычислении характеристик падающего тела.

Список дополнительной литературы

  1. Белонучкин В.Е. Кеплер, Ньютон и все-все-все… Библиотечка “Квант”». Вып. 78. М.: Наука, 1990
  2. Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниково           й. ОГИЗ-СССР, 1948
  3. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. Библиотечка “Квант”». Вып. 14. М.: Наука, 1982
  4. Лебедев В.И. Исторические опыты по физике. М.: КомКнига, 2007
  5. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. М.: Просвещение
  6. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.: Наука, 1989
  7. Слободянюк А.И. Физика 10. Часть 1. Механика. Электричество
  8. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1987
  9. Физика. Механика. 10 класс. Под ред. Мякишева Г.Я. М.: Дрофа
  10. Филатов Е.Н. Физика 9. Часть 1. Кинематика. ВШМФ: Авангард
  11. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов. М.: Наука, 1965