مادة حركة السقوط الحر
في العصور القديمة، كانت حركة الأجسام الساقطة على الأرض موضوعًا شيقًا في الفلسفة الطبيعية. قال الفيلسوف أرسطو ذات مرة إن الأجسام ذات الكتلة الأكبر تسقط أسرع من الأجسام الأخف. وقد أثر رأي أرسطو على آراء من سبقوا غاليليو، الذين اعتقدوا أن الأجسام ذات الكتلة الأكبر تسقط أسرع من الأجسام الأخف، وأن سرعة سقوط الجسم تتناسب طرديًا مع كتلته. ربما كنت تعتقد أنت أيضًا هذا الرأي قبل دراسة هذا الموضوع.
أسقط ورقة وكتابًا من نفس الارتفاع. ضع الورقة على راحة يدك اليسرى والكتاب على راحة يدك اليمنى. بعد الإسقاط، سيصطدم الكتاب بالأرض أولًا، ثم الورقة لاحقًا. الآن، حاول وضع الورقة فوق الكتاب، ثم أسقط الورقة والكتاب معًا على الأرض. هذه المرة، سيصطدم الكتاب والورقة بالأرض في نفس الوقت.
يُقال إن الجسم يسقط سقوطًا حرًا إذا تحرك عموديًا على مركز الأرض، وكان يتعرض خلال حركته لتسارع جاذبية ثابت. فإذا سقط سقوطًا حرًا بالقرب من سطح الأرض، فإنه يتعرض لتسارع جاذبية ثابت مقداره 9,8 م/ث²، ويكون اتجاه تسارع الجاذبية نحو مركز الأرض (عموديًا على سطحها). ولتبسيط الحسابات التي يجريها الطلاب، تُقرّب قيمة g إلى 10 م/ ث².
هناك ثلاث حالات مختلفة، بما في ذلك:
1. يتحرك الجسم عموديًا إلى الأسفل بدون سرعة ابتدائية (لا يوجد v)oعلى سبيل المثال، تسقط ثمرة من شجرة بعد انفصالها عن ساقها. يكون اتجاه الحركة دائمًا نحو الأسفل، ويتعرض الجسم لتسارع، وبالتالي يكون تسارع الجاذبية الأرضية (g) موجبًا دائمًا. يُطلق عليه في بعض كتب الفيزياء اسم تسارع الجاذبية الأرضية. حركة السقوط الحر
2. يتحرك الجسم عموديًا إلى أسفل بسرعة ابتدائية معينة (هناك v).oعلى سبيل المثال، عند قذف حجر عموديًا إلى أسفل، يكون اتجاه الحركة دائمًا إلى أسفل، ويتعرض الجسم لتسارع، وبالتالي تكون قيمة g موجبة دائمًا. في بعض كتب الفيزياء، يُطلق على هذه الظاهرة اسم تسارع الجاذبية الأرضية. حركة رأسية هابطة.
3. يتحرك جسمٌ رأسيًا لأعلى بسرعة ابتدائية معينة. بعد بلوغه أقصى ارتفاع، يعود الجسم إلى أسفل. على سبيل المثال، إذا قذفتَ كرةً زجاجيةً رأسيًا لأعلى ثم التقطتها مرةً أخرى وهي تتحرك لأسفل، فإن الجسم يتعرض لتباطؤ (تسارع الجاذبية الأرضية السالب)، بينما يتعرض لتسارع (تسارع الجاذبية الأرضية الموجب) عند تحركه لأعلى. في بعض كتب الفيزياء، يُطلق على هذه الظاهرة اسم حركة رأسية صاعدة.
تجدر الإشارة إلى أنه إذا تعرض جسم ما لأحد الشروط الثلاثة المذكورة أعلاه، يقال إن الجسم في حالة سقوط حر.
معادلة حركة السقوط الحر
تُعد حركة السقوط الحر مثالاً على الحركة الخطية المتغيرة بانتظام، وبالتالي فإن صيغة حركة السقوط الحر هي نفسها أساسًا صيغة الحركة الخطية المتغيرة بانتظام ويتم تعديلها لتناسب شروط حركة السقوط الحر.
المعلومات:
h = الارتفاع (بالمتر)، vo = السرعة الابتدائية (متر/ثانية)، vt = السرعة النهائية (متر/ثانية)، t = الزمن (ثانية)، g = تسارع الجاذبية الأرضية (متر/ثانية)2) = 9,8 م/ث2 أو 10 م/ث2.
تسارع جاذبية ثابت مقداره 10 م/ث²2 (تسارع الجاذبية الموجب - يتحرك الجسم نحو الأسفل)، أي أن سرعة الجسم تزداد بمقدار 10 م/ث كل ثانية. بعد ثانيتين، تصبح سرعة الجسم 20 م/ث، وبعد ثلاث ثوانٍ تصبح 30 م/ث. معدل التباطؤ الناتج عن الجاذبية ثابت ويساوي 10 م/ث².2 (إذا كانت قيمة g سالبة، يتحرك الجسم لأعلى) مما يعني أن سرعة الجسم تنخفض بمقدار 10 م/ث2 كل ثانية واحدة. بعد ثانيتين، تنخفض سرعة الجسم بمقدار 20 م/ث. بعد 3 ثوانٍ، تنخفض سرعة الجسم بمقدار 30 م/ث.
يحدث التسارع أو التباطؤ الثابت فقط بالقرب من سطح الأرض. في هذا الموضوع قانون نيوتن للجاذبيةستتعلم أن قيمة g تتناقص مع مربع المسافة.
ادرس أمثلة على مسائل الحركة بالسقوط الحر ، وأمثلة على مسائل الحركة الرأسية الهابطة ، وأمثلة على مسائل الحركة الرأسية الصاعدة حتى تتمكن من فهم المادة المتعلقة بالحركة بالسقوط الحر بشكل أفضل.
