Thực đơn
trang chủLỗi

Tốc độ rơi tối đa. Thi thể rơi tự do. Gia tốc rơi tự do Xác định độ cao rơi của vật so với vận tốc cuối cùng

Tốc độ mà một vật rơi vào chất khí hoặc chất lỏng ổn định khi vật đó đạt đến tốc độ mà tại đó lực hấp dẫn cân bằng với lực cản của môi trường.

Tuy nhiên, khi các vật thể lớn hơn chuyển động trong một môi trường nhớt, các hiệu ứng và kiểu mẫu khác bắt đầu chiếm ưu thế. Khi hạt mưa đạt đường kính chỉ một phần mười milimét, cái gọi là xoáy kết quả là sự gián đoạn dòng chảy. Có thể bạn đã quan sát chúng rất rõ ràng: khi một chiếc ô tô chạy dọc theo con đường phủ đầy lá rụng vào mùa thu, những chiếc lá khô không chỉ vương vãi khắp hai bên thành xe mà còn bắt đầu quay tròn theo kiểu điệu valse. Những vòng tròn họ mô tả chính xác theo những đường nét xoáy von Karman, được đặt tên để vinh danh nhà vật lý gốc Hungary Theodore von Kármán (1881-1963), người đã di cư sang Hoa Kỳ và làm việc tại Viện Công nghệ California, đã trở thành một trong những người sáng lập khí động học ứng dụng hiện đại. Những xoáy nước hỗn loạn này thường gây ra hiện tượng phanh - chúng góp phần chính khiến ô tô hoặc máy bay khi tăng tốc đến một tốc độ nhất định, gặp phải lực cản không khí tăng mạnh và không thể tăng tốc thêm. Nếu bạn đã từng lái chiếc xe du lịch của mình ở tốc độ cao với một chiếc xe tải nặng và nhanh đang lao tới và chiếc xe bắt đầu “quay” từ bên này sang bên kia, hãy biết rằng bạn đã thấy mình trong cơn lốc von Karman và đã làm quen với nó trước tiên- tay.

Khi các vật thể lớn rơi tự do trong khí quyển, các xoáy bắt đầu gần như ngay lập tức và tốc độ rơi tối đa đạt được rất nhanh. Ví dụ, đối với người nhảy dù, tốc độ tối đa dao động từ 190 km/h ở lực cản không khí tối đa, khi họ rơi thẳng xuống với cánh tay dang rộng, đến 240 km/h khi lặn như một con cá hoặc một người lính.

Sự rơi tự do của một vật là chuyển động đều của nó xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Tại thời điểm này, các lực khác có thể tác động lên cơ thể đều không có hoặc nhỏ đến mức không tính đến ảnh hưởng của chúng. Ví dụ, khi một vận động viên nhảy dù nhảy từ máy bay, anh ta sẽ rơi tự do trong vài giây đầu tiên sau khi nhảy. Khoảng thời gian ngắn này được đặc trưng bởi cảm giác không trọng lượng, tương tự như cảm giác mà các phi hành gia trên tàu vũ trụ đã trải qua.

Lịch sử phát hiện hiện tượng

Các nhà khoa học đã biết về sự rơi tự do của một vật thể từ thời Trung Cổ: Albert ở Saxony và Nicholas Ores đã nghiên cứu hiện tượng này, nhưng một số kết luận của họ là sai lầm. Ví dụ, họ lập luận rằng tốc độ của một vật nặng rơi xuống tỷ lệ thuận với quãng đường di chuyển. Vào năm 1545, nhà khoa học người Tây Ban Nha D. Soto đã sửa lại lỗi này, người đã chứng minh được thực tế rằng tốc độ của một vật rơi tăng tỷ lệ thuận với thời gian trôi qua kể từ khi vật này bắt đầu rơi.

Năm 1590, nhà vật lý người Ý Galileo Galileiđã xây dựng một định luật thiết lập sự phụ thuộc rõ ràng của quãng đường mà một vật rơi rơi vào thời gian. Các nhà khoa học cũng đã chứng minh rằng khi không có lực cản của không khí, tất cả các vật thể trên Trái đất đều rơi với gia tốc như nhau, mặc dù trước khi phát hiện ra nó, người ta thường chấp nhận rằng các vật nặng rơi nhanh hơn.

Một số lượng mới được phát hiện - Gia tốc trọng lực, bao gồm hai thành phần: gia tốc trọng trường và gia tốc ly tâm. Gia tốc trọng trường được ký hiệu bằng chữ g và có các giá trị khác nhau đối với các điểm khác nhau trên địa cầu: từ 9,78 m/s 2 (chỉ đường xích đạo) đến 9,83 m/s 2 (giá trị gia tốc ở hai cực). Độ chính xác của các chỉ báo bị ảnh hưởng bởi kinh độ, vĩ độ, thời gian trong ngày và một số yếu tố khác.

Giá trị tiêu chuẩn của g được coi là 9,80665 m/s 2 . Trong các tính toán vật lý không yêu cầu độ chính xác cao thì giá trị gia tốc được lấy là 9,81 m/s2. Để thuận tiện cho việc tính toán, cho phép lấy giá trị g bằng 10 m/s2.

Để chứng minh một vật rơi như thế nào theo đúng phát hiện của Galileo, các nhà khoa học đã bố trí thí nghiệm sau: các vật có khối lượng khác nhau được đặt trong một ống thủy tinh dài và không khí được bơm ra khỏi ống. Sau đó, ống được lật lại, mọi vật đều rơi đồng thời xuống đáy ống dưới tác dụng của trọng lực, không phụ thuộc vào khối lượng của chúng.

Khi đặt các vật giống nhau trong bất kỳ môi trường nào, đồng thời với lực hấp dẫn, sẽ có một lực cản tác dụng lên chúng, do đó các vật, tùy theo khối lượng, hình dạng và mật độ, sẽ rơi vào những thời điểm khác nhau.

Công thức tính toán

Có những công thức có thể được sử dụng để tính toán các chỉ số khác nhau liên quan đến sự rơi tự do. Họ sử dụng như sau huyền thoại:

  1. u là tốc độ cuối cùng mà vật được nghiên cứu di chuyển, m/s;
  2. h là độ cao mà vật đang nghiên cứu di chuyển, m;
  3. t là thời gian chuyển động của vật đang nghiên cứu, s;
  4. g - gia tốc (có giá trị không đổi bằng 9,8 m/s 2).

Công thức xác định quãng đường mà một vật rơi đi được với vận tốc cuối cùng và thời gian rơi đã biết: h = ut /2.

Công thức tính quãng đường vật rơi đi được sử dụng giá trị không đổi g và thời gian: h = gt 2 /2.

Công thức xác định vận tốc của một vật rơi khi kết thúc quá trình rơi với thời gian rơi đã biết: u = gt.

Công thức tính vận tốc của một vật khi nó kết thúc quá trình rơi, nếu biết độ cao mà vật đang nghiên cứu rơi xuống: u = √2 gh.

Không đi sâu tìm hiểu kiến ​​thức khoa học, định nghĩa hàng ngày về chuyển động tự do bao hàm sự chuyển động của một vật thể trong bầu khí quyển trái đất khi nó không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ yếu tố ngoại lai nào ngoài lực cản của không khí xung quanh và trọng lực.

Vào những thời điểm khác nhau, các tình nguyện viên cạnh tranh với nhau, cố gắng đạt thành tích cá nhân tốt nhất. Năm 1962, vận động viên nhảy dù thử nghiệm đến từ Liên Xô, Evgeniy Andreev, đã lập kỷ lục được ghi vào Sách kỷ lục Guinness: khi nhảy dù trong trạng thái rơi tự do, anh ta đã vượt qua quãng đường 24.500 m mà không dùng dù phanh trong suốt cuộc đua. nhảy.

Năm 1960, D. Kittinger người Mỹ đã thực hiện cú nhảy dù từ độ cao 31 nghìn m nhưng sử dụng hệ thống phanh dù.

Năm 2005, tốc độ kỷ lục khi rơi tự do đã được ghi nhận - 553 km/h, và bảy năm sau, kỷ lục mới được thiết lập - tốc độ này tăng lên 1342 km/h. Kỷ lục này thuộc về vận động viên nhảy dù người Áo Felix Baumgartner, người nổi tiếng khắp thế giới với những pha nguy hiểm.

Băng hình

Xem một video thú vị và mang tính giáo dục sẽ cho bạn biết về tốc độ rơi của vật thể.

Trong cơ học cổ điển, trạng thái của một vật chuyển động tự do trong trường hấp dẫn được gọi là rơi tự do. Nếu một vật rơi vào khí quyển, nó sẽ chịu thêm một lực kéo và chuyển động của nó không chỉ phụ thuộc vào gia tốc trọng trường mà còn phụ thuộc vào khối lượng, tiết diện và các yếu tố khác. Tuy nhiên, một vật rơi trong chân không chỉ chịu một lực duy nhất là trọng lực.

Ví dụ về rơi tự do là tàu vũ trụ và vệ tinh ở quỹ đạo Trái đất thấp, vì lực duy nhất tác dụng lên chúng là trọng lực. Các hành tinh quay quanh Mặt trời cũng rơi tự do. Các vật rơi xuống đất ở tốc độ thấp cũng có thể coi là rơi tự do, vì trong trường hợp này lực cản của không khí là không đáng kể và có thể bỏ qua. Nếu lực duy nhất tác dụng lên vật là trọng lực và không có lực cản không khí thì gia tốc của mọi vật là như nhau và bằng gia tốc trọng trường trên bề mặt Trái đất 9,8 mét/giây/giây (m/s2) hoặc 32,2 feet trong giây mỗi giây (ft/s²). Trên bề mặt các thiên thể khác, gia tốc trọng trường sẽ khác.

Tất nhiên, những người nhảy dù nói rằng trước khi chiếc dù mở ra, họ đang rơi tự do, nhưng trên thực tế, người nhảy dù không bao giờ có thể rơi tự do, ngay cả khi chiếc dù chưa mở ra. Đúng vậy, người nhảy dù khi “rơi tự do” bị tác dụng bởi lực hấp dẫn, nhưng anh ta cũng bị tác dụng bởi lực ngược lại - lực cản của không khí, và lực cản của không khí chỉ nhỏ hơn lực hấp dẫn một chút.

Nếu không có lực cản của không khí thì tốc độ của một vật rơi tự do sẽ tăng thêm 9,8 m/s mỗi giây.

Vận tốc và quãng đường của vật rơi tự do được tính như sau:

v₀ - tốc độ ban đầu (m/s).

v- tốc độ dọc cuối cùng (m/s).

h₀ - chiều cao ban đầu (m).

h- độ cao rơi (m).

t- thời gian rơi (s).

g- gia tốc rơi tự do (9,81 m/s2 ở bề mặt Trái đất).

Nếu như v₀=0 và h₀=0, ta có:

nếu biết thời gian rơi tự do:

nếu biết khoảng cách rơi tự do:

nếu biết tốc độ rơi tự do cuối cùng:

Những công thức này được sử dụng trong máy tính rơi tự do này.

Khi rơi tự do, khi vật không còn lực đỡ thì không trọng lượng. Không trọng lượng là sự vắng mặt của các ngoại lực tác động lên cơ thể từ sàn, ghế, bàn và các vật xung quanh khác. Nói cách khác, hỗ trợ lực lượng phản ứng. Thông thường, các lực này tác dụng theo hướng vuông góc với bề mặt tiếp xúc với giá đỡ và thường xuyên nhất là hướng lên trên theo phương thẳng đứng. Tình trạng không trọng lượng có thể được so sánh với việc bơi trong nước, nhưng theo cách mà da không cảm nhận được nước. Mọi người đều biết cảm giác nặng nề của chính mình khi lên bờ sau một chuyến bơi dài trên biển. Đây là lý do tại sao các bể nước được sử dụng để mô phỏng tình trạng không trọng lượng khi huấn luyện các phi hành gia và phi hành gia.

Bản thân trường hấp dẫn không thể tạo ra áp lực lên cơ thể bạn. Do đó, nếu bạn đang ở trạng thái rơi tự do trong một vật thể lớn (ví dụ: trong máy bay), cũng ở trạng thái này, thì không có ngoại lực nào tương tác giữa cơ thể và vật hỗ trợ tác động lên cơ thể bạn và cảm giác trạng thái không trọng lượng xuất hiện, gần giống như trong nước.

Máy bay huấn luyện trong điều kiện không trọng lựcđược thiết kế để tạo ra trạng thái không trọng lượng trong thời gian ngắn nhằm mục đích đào tạo các phi hành gia và phi hành gia cũng như thực hiện các thí nghiệm khác nhau. Những chiếc máy bay như vậy đã và đang được sử dụng ở một số nước. Trong khoảng thời gian ngắn, kéo dài khoảng 25 giây mỗi phút bay, máy bay ở trạng thái không trọng lượng, nghĩa là không có phản ứng mặt đất đối với người ngồi trên máy bay.

Nhiều loại máy bay đã được sử dụng để mô phỏng tình trạng không trọng lượng: ở Liên Xô và Nga, các máy bay sản xuất cải tiến Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK và Il-76MDK đã được sử dụng cho mục đích này từ năm 1961. Tại Hoa Kỳ, các phi hành gia đã được đào tạo từ năm 1959 trên các máy bay AJ-2, C-131, KC-135 và Boeing 727-200 đã được sửa đổi. Tại châu Âu, Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ Quốc gia (CNES, Pháp) sử dụng máy bay Airbus A310 để huấn luyện trong môi trường không trọng lực. Việc sửa đổi bao gồm sửa đổi nhiên liệu, thủy lực và một số hệ thống khác để đảm bảo chúng hoạt động bình thường trong điều kiện không trọng lượng trong thời gian ngắn, cũng như tăng cường sức mạnh cho cánh để máy bay có thể chịu được gia tốc tăng lên (lên tới 2G).

Mặc dù thực tế là đôi khi khi mô tả các điều kiện rơi tự do trong chuyến bay vào vũ trụ trên quỹ đạo quanh Trái đất, họ nói về sự vắng mặt của trọng lực, nhưng tất nhiên lực hấp dẫn vẫn có trong bất kỳ tàu vũ trụ nào. Cái còn thiếu là trọng lượng, tức là lực phản lực tác dụng lên các vật thể trong tàu vũ trụ, chúng di chuyển trong không gian với cùng gia tốc do trọng lực, chỉ nhỏ hơn một chút so với trên Trái đất. Ví dụ, trong quỹ đạo Trái đất cao 350 km trong đó Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) quay quanh Trái đất, gia tốc trọng trường là 8,8 m/s², chỉ nhỏ hơn 10% so với bề mặt Trái đất.

Để mô tả gia tốc thực tế của một vật thể (thường là máy bay) so với gia tốc trọng trường trên bề mặt Trái đất, một thuật ngữ đặc biệt thường được sử dụng - quá tải. Nếu bạn đang nằm, ngồi hoặc đứng trên mặt đất thì cơ thể bạn phải chịu một lực 1 g (tức là không có lực nào). Nếu bạn đang trên máy bay cất cánh, bạn sẽ cảm nhận được khoảng 1,5 G. Nếu cùng một chiếc máy bay thực hiện phối hợp chuyển hướng trong bán kính hẹp, hành khách có thể chịu lực lên tới 2 g, nghĩa là trọng lượng của họ đã tăng gấp đôi.

Con người đã quen sống trong điều kiện không có tình trạng quá tải (1 g) nên bất kỳ tình trạng quá tải nào cũng có tác động mạnh đến cơ thể con người. Giống như trong máy bay thí nghiệm không trọng lực, trong đó tất cả các hệ thống xử lý chất lỏng phải được sửa đổi để hoạt động bình thường trong điều kiện không trọng lực và thậm chí cả âm g, con người cũng cần được hỗ trợ và "sửa đổi" tương tự để tồn tại trong những điều kiện như vậy. Một người chưa được huấn luyện có thể mất ý thức khi bị quá tải 3-5 g (tùy theo hướng của tình trạng quá tải), vì mức quá tải như vậy đủ để làm mất oxy của não vì tim không thể cung cấp đủ máu cho não. Về vấn đề này, các phi công quân sự và phi hành gia huấn luyện trên máy ly tâm ở điều kiện quá tải caođể tránh tình trạng mất ý thức trong thời gian đó. Để ngăn ngừa tình trạng mất thị lực và ý thức trong thời gian ngắn, có thể gây tử vong trong điều kiện làm việc, phi công, nhà du hành vũ trụ và phi hành gia phải mặc bộ đồ bù độ cao, giúp hạn chế lưu lượng máu từ não khi quá tải bằng cách đảm bảo áp suất đồng đều trên toàn bộ cơ thể. bề mặt cơ thể con người.

Hôm nay là thứ Ba, có nghĩa là hôm nay chúng ta lại giải quyết vấn đề. Lần này là về chủ đề “các vật thể rơi tự do”.

Câu hỏi có đáp án về vật rơi tự do

Câu hỏi 1. Vectơ gia tốc trọng trường có hướng như thế nào?

Trả lời: chúng ta có thể nói đơn giản rằng gia tốc g hướng xuống dưới. Trên thực tế, chính xác hơn là gia tốc trọng trường hướng về tâm Trái đất.

Câu hỏi 2. Gia tốc rơi tự do phụ thuộc vào gì?

Trả lời: trên Trái đất, gia tốc trọng trường phụ thuộc vào vĩ độ cũng như độ cao h nâng cơ thể lên trên bề mặt. Trên các hành tinh khác giá trị này phụ thuộc vào khối lượng M và bán kính R Thiên thể. Công thức chung tính gia tốc rơi tự do là:


Câu hỏi 3. Cơ thể được ném thẳng đứng lên trên. Làm thế nào bạn có thể mô tả phong trào này?

Trả lời: Trong trường hợp này, vật chuyển động với gia tốc đều. Hơn nữa, thời gian nâng lên và thời gian rơi xuống từ độ cao tối đa đều bằng nhau.

Câu hỏi 4. Và nếu cơ thể không được ném lên trên mà ném theo chiều ngang hoặc nghiêng một góc so với phương ngang. Đây là loại chuyển động gì?

Trả lời: chúng ta có thể nói rằng đây cũng là một sự rơi tự do. Trong trường hợp này, chuyển động phải được xem xét tương đối với hai trục: dọc và ngang. Vật chuyển động đều so với trục hoành và tăng tốc đều so với trục thẳng đứng g.

Đạn đạo là môn khoa học nghiên cứu đặc điểm và quy luật chuyển động của các vật thể được ném theo một góc so với đường chân trời.

Câu hỏi 5. Sự rơi "tự do" có nghĩa là gì?

Trả lời: trong bối cảnh này, người ta hiểu rằng khi một vật rơi xuống, nó không chịu sức cản của không khí.

Vật rơi tự do: định nghĩa, ví dụ

Rơi tự do là một chuyển động có gia tốc đều xảy ra dưới tác dụng của trọng lực.

Những nỗ lực đầu tiên nhằm mô tả một cách có hệ thống và định lượng sự rơi tự do của các vật thể có từ thời Trung Cổ. Đúng vậy, vào thời điểm đó có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng các vật thể có khối lượng khác nhau rơi với tốc độ khác nhau. Trên thực tế, điều này có phần đúng, bởi vì trong thế giới thực, sức cản của không khí ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ rơi.

Tuy nhiên, nếu bỏ qua nó thì tốc độ rơi của các vật có khối lượng khác nhau sẽ như nhau. Nhân tiện, tốc độ khi rơi tự do tăng tỷ lệ thuận với thời gian rơi.

Gia tốc của vật rơi tự do không phụ thuộc vào khối lượng của chúng.

Kỷ lục rơi tự do của một người hiện thuộc về vận động viên nhảy dù người Áo Felix Baumgartner, người vào năm 2012 đã nhảy từ độ cao 39 km và rơi tự do ở độ cao 36.402,6 mét.

Ví dụ về vật rơi tự do:

  • một quả táo bay vào đầu Newton;
  • một người nhảy dù nhảy ra khỏi máy bay;
  • chiếc lông vũ rơi vào một ống kín mà không khí đã được thoát ra ngoài.

Khi vật rơi tự do sẽ xảy ra trạng thái không trọng lượng. Ví dụ, các vật thể trong trạm vũ trụ chuyển động trên quỹ đạo quanh Trái đất đều ở trạng thái tương tự. Chúng ta có thể nói rằng trạm đang rơi xuống hành tinh này một cách chậm rãi, rất chậm.

Tất nhiên, sự rơi tự do có thể xảy ra không chỉ trên Trái đất mà còn ở gần bất kỳ vật thể nào có đủ khối lượng. Trên các vật thể truyện tranh khác, sự rơi cũng sẽ được tăng tốc đều, nhưng độ lớn của gia tốc rơi tự do sẽ khác so với trên Trái đất. Nhân tiện, trước đây chúng tôi đã xuất bản tài liệu về lực hấp dẫn.

Khi giải các bài toán, gia tốc g thường được coi bằng 9,81 m/s^2. Trong thực tế, giá trị của nó thay đổi từ 9,832 (ở cực) đến 9,78 (ở xích đạo). Sự khác biệt này là do sự quay của Trái đất quanh trục của nó.

Cần giúp giải các bài toán vật lý? Liên hệ

Anh ta lấy hai ống thủy tinh, được gọi là ống Newton và bơm không khí ra khỏi chúng (Hình 1). Sau đó ông đo thời gian rơi của một quả bóng nặng và một chiếc lông vũ nhẹ trong những ống này. Hóa ra họ rơi cùng một lúc.

Chúng ta thấy rằng nếu chúng ta loại bỏ lực cản của không khí thì không có gì có thể ngăn được chiếc lông vũ hoặc quả bóng rơi - chúng sẽ rơi tự do. Chính tính chất này đã hình thành nên cơ sở cho định nghĩa về sự rơi tự do.

Rơi tự do là chuyển động của một vật chỉ dưới tác dụng của trọng lực, không có lực khác.

Sự rơi tự do là như thế nào? Nếu bạn nhấc bất kỳ vật nào lên rồi thả ra thì tốc độ của vật đó sẽ thay đổi, đồng nghĩa với việc chuyển động được tăng tốc, thậm chí tăng tốc đều.

Lần đầu tiên Galileo Galilei phát biểu và chứng minh rằng sự rơi tự do của các vật có gia tốc đều. Ông đã đo gia tốc mà các vật đó chuyển động, nó được gọi là gia tốc trọng trường, và xấp xỉ 9,8 m/s 2.

Như vậy, rơi tự do là trường hợp đặc biệt của chuyển động có gia tốc đều. Điều này có nghĩa là tất cả các phương trình thu được đều đúng cho chuyển động này:

để chiếu vận tốc: V x = V 0x + a x t

đối với phép chiếu chuyển vị: S x = V 0x t + a x t 2 /2

xác định vị trí của vật tại thời điểm bất kỳ: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x có nghĩa là chuyển động của chúng ta là chuyển động thẳng, dọc theo trục x mà theo truyền thống chúng ta chọn theo chiều ngang.

Nếu cơ thể di chuyển theo chiều dọc, thì người ta thường biểu thị trục y và chúng ta nhận được (Hình 2):

Cơm. 2. Chuyển động cơ thể theo chiều dọc ()

Các phương trình có dạng hoàn toàn giống nhau sau đây, trong đó g là gia tốc rơi tự do, h là độ dịch chuyển theo độ cao. Ba phương trình này mô tả cách giải bài toán cơ học chính trong trường hợp rơi tự do.

Vật được ném thẳng đứng lên trên với vận tốc ban đầu V 0 (Hình 3). Hãy tìm độ cao mà vật được ném tới. Hãy viết phương trình chuyển động của vật này:

Cơm. 3. Nhiệm vụ mẫu ()

Kiến thức về các phương trình đơn giản nhất cho phép chúng ta tìm ra độ cao mà chúng ta có thể ném một vật lên đó.

Độ lớn của gia tốc trọng trường phụ thuộc vào vĩ độ địa lý của khu vực; nó lớn nhất ở hai cực và nhỏ nhất ở xích đạo. Ngoài ra, gia tốc rơi tự do còn phụ thuộc vào thành phần của lớp vỏ trái đất nơi chúng ta đang ở. Nếu có trữ lượng khoáng vật nặng thì giá trị g sẽ lớn hơn một chút, nếu có khoảng trống ở đó thì giá trị g sẽ nhỏ hơn một chút. Phương pháp này được các nhà địa chất sử dụng để xác định trữ lượng quặng nặng hoặc khí, dầu, nó được gọi là trọng lực.

Nếu muốn mô tả chính xác chuyển động của một vật rơi trên bề mặt Trái đất thì chúng ta phải nhớ rằng lực cản của không khí vẫn tồn tại.

Nhà vật lý người Paris Lenormand ở thế kỷ 18, sau khi buộc chặt các đầu kim đan vào một chiếc ô thông thường, đã nhảy từ nóc nhà xuống. Được khích lệ bởi thành công của mình, anh đã chế tạo một chiếc ô đặc biệt có ghế ngồi và nhảy từ một tòa tháp ở thành phố Montelier. Ông gọi phát minh của mình là chiếc dù, dịch từ tiếng Pháp có nghĩa là “chống rơi”.

Galileo Galilei là người đầu tiên chứng minh rằng thời gian một vật rơi xuống Trái đất không phụ thuộc vào khối lượng của nó mà được xác định bởi các đặc tính của chính Trái đất. Để làm ví dụ, ông trích dẫn một cuộc thảo luận về sự rơi của một vật có khối lượng nhất định trong một khoảng thời gian. Khi vật này được chia thành hai nửa giống hệt nhau thì chúng bắt đầu rơi, nhưng nếu tốc độ rơi và thời gian rơi phụ thuộc vào khối lượng thì chúng sẽ rơi chậm hơn, nhưng làm thế nào? Rốt cuộc, tổng khối lượng của chúng không thay đổi. Tại sao? Có lẽ một nửa đang ngăn nửa kia rơi xuống? Chúng ta đi đến một mâu thuẫn, có nghĩa là giả định rằng tốc độ rơi phụ thuộc vào khối lượng của vật là không công bằng.

Vì vậy, chúng ta đi đến định nghĩa chính xác về sự rơi tự do.

Rơi tự do là chuyển động của vật chỉ dưới tác dụng của trọng lực. Không có lực nào khác tác dụng lên vật.

Chúng ta đã quen với việc sử dụng giá trị gia tốc trọng trường là 9,8 m/s 2, đây là giá trị thuận tiện nhất cho sinh lý của chúng ta. Chúng ta biết rằng gia tốc trọng trường sẽ thay đổi tùy theo vị trí địa lý, nhưng những thay đổi này là không đáng kể. Gia tốc trọng trường tác dụng lên các thiên thể khác có giá trị gì? Làm thế nào để dự đoán liệu một người có thể sống thoải mái ở đó hay không? Chúng ta hãy nhớ lại công thức rơi tự do (Hình 4):

Cơm. 4. Bảng gia tốc rơi tự do trên các hành tinh ()

Thiên thể càng nặng thì gia tốc rơi tự do trên đó càng lớn thì cơ thể con người càng khó có thể ở trên đó. Biết gia tốc trọng trường trên các thiên thể khác nhau, chúng ta có thể xác định mật độ trung bình của các thiên thể này và biết mật độ trung bình, chúng ta có thể dự đoán những vật thể này được cấu tạo từ đâu, tức là xác định cấu trúc của chúng.

Vấn đề là việc đo gia tốc trọng trường tại các điểm khác nhau trên Trái đất là một phương pháp thăm dò địa chất mạnh mẽ. Bằng cách này, không cần đào hố, không cần khoan giếng hay khai thác mỏ, bạn có thể xác định được sự hiện diện của khoáng chất trong độ dày của vỏ trái đất. Phương pháp đầu tiên là đo gia tốc trọng trường bằng cân lò xo địa chất, chúng có độ nhạy phi thường, lên tới phần triệu gam (Hình 5).

Cách thứ hai là sử dụng một con lắc toán học rất chính xác, vì khi biết chu kỳ dao động của con lắc, người ta có thể tính được gia tốc rơi tự do: chu kỳ càng ngắn thì gia tốc rơi tự do càng lớn. Điều này có nghĩa là bằng cách đo gia tốc trọng trường tại các điểm khác nhau trên Trái đất bằng một con lắc rất chính xác, bạn có thể biết nó lớn hơn hay nhỏ hơn.

Tiêu chuẩn cho độ lớn của gia tốc trọng trường là gì? Quả địa cầu không phải là một hình cầu hoàn hảo mà là một dạng Geoid, nghĩa là hơi dẹt ở hai cực. Điều này có nghĩa là ở các cực, giá trị gia tốc trọng trường sẽ lớn hơn ở xích đạo; ở xích đạo giá trị gia tốc trọng trường là nhỏ nhất, nhưng ở cùng một vĩ độ thì nó phải giống nhau. Điều này có nghĩa là bằng cách đo gia tốc trọng trường tại các điểm khác nhau trong cùng một vĩ độ, chúng ta có thể đánh giá sự hiện diện của một số hóa thạch thông qua sự thay đổi của nó. Phương pháp này được gọi là thăm dò trọng lực, nhờ đó các mỏ dầu được phát hiện ở Kazakhstan và Tây Siberia.

Sự hiện diện của khoáng chất, sự lắng đọng của các chất nặng hoặc khoảng trống có thể ảnh hưởng không chỉ đến độ lớn của gia tốc trọng trường mà còn cả hướng của nó. Nếu chúng ta đo gia tốc trọng trường gần một ngọn núi lớn, thì vật thể khổng lồ này sẽ ảnh hưởng đến hướng gia tốc trọng trường, bởi vì nó cũng sẽ hút con lắc toán học, phương pháp mà chúng ta dùng để đo gia tốc trọng trường.

Thư mục

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Vật lý (trình độ cơ bản) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Vật lý lớp 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
  3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Vật lý - 9, Mátxcơva, Giáo dục, 1990.

Bài tập về nhà

  1. Rơi tự do thuộc loại chuyển động nào?
  2. Đặc điểm của sự rơi tự do là gì?
  3. Kinh nghiệm nào cho thấy mọi vật trên Trái đất đều rơi với cùng một gia tốc?
  1. Cổng thông tin Internet Class-fizika.narod.ru ().
  2. Cổng thông tin Internet Nado5.ru ().
  3. Cổng thông tin Internet Fizika.in ().