Υλικό κίνησης ελεύθερης πτώσης
Στην αρχαιότητα, η κίνηση των αντικειμένων που πέφτουν στο έδαφος ήταν ένα πολύ ενδιαφέρον θέμα στη φυσική φιλοσοφία. Ο φιλόσοφος Αριστοτέλης είπε κάποτε ότι τα αντικείμενα με μεγαλύτερη μάζα πέφτουν πιο γρήγορα από τα ελαφρύτερα αντικείμενα. Η γνώμη του Αριστοτέλη επηρέασε τις απόψεις των ανθρώπων που έζησαν πριν από τον Γαλιλαίο, οι οποίοι πίστευαν ότι τα αντικείμενα με μεγαλύτερη μάζα πέφτουν πιο γρήγορα από τα ελαφρύτερα αντικείμενα και ότι η ταχύτητα πτώσης ενός αντικειμένου είναι ανάλογη με τη μάζα του. Ίσως πριν μελετήσετε αυτό το θέμα, να σκεφτόσασταν κι εσείς το ίδιο.
Ρίξτε ένα κομμάτι χαρτί και ένα βιβλίο από το ίδιο ύψος. Τοποθετήστε το χαρτί στην αριστερή σας παλάμη και το βιβλίο στη δεξιά σας παλάμη. Αφού πέσει, το βιβλίο χτυπά πρώτα στο πάτωμα, ενώ το χαρτί χτυπά αργότερα. Τώρα, δοκιμάστε να τοποθετήσετε το χαρτί πάνω από το βιβλίο και, στη συνέχεια, ρίξτε και το χαρτί και το βιβλίο στο πάτωμα. Αυτή τη φορά, το χαρτί και το βιβλίο χτυπούν στο πάτωμα ταυτόχρονα.
Ένα αντικείμενο λέγεται ότι παρουσιάζει ελεύθερη πτώση εάν κινείται κάθετα προς το κέντρο της γης και κατά τη διάρκεια της κίνησής του, το αντικείμενο παρουσιάζει σταθερή βαρυτική επιτάχυνση. Εάν πέσει ελεύθερα κοντά στην επιφάνεια της γης, το αντικείμενο παρουσιάζει σταθερή βαρυτική επιτάχυνση 9,8 m/s2 και η κατεύθυνση της βαρυτικής επιτάχυνσης είναι προς το κέντρο της γης (κάθετα στην επιφάνεια της γης). Για την απλοποίηση των υπολογισμών που πραγματοποιούν οι μαθητές που μαθαίνουν, το g στρογγυλοποιείται στα 10 m/ s2.
Υπάρχουν τρεις διαφορετικές καταστάσεις, όπως:
1. Το αντικείμενο κινείται κατακόρυφα προς τα κάτω χωρίς αρχική ταχύτητα (χωρίς v)o). Για παράδειγμα, ένα φρούτο πέφτει από ένα δέντρο αφού αποκολληθεί από το στέλεχος του. Η κατεύθυνση κίνησης είναι πάντα προς τα κάτω και το αντικείμενο επιταχύνεται, επομένως η βαρυτική επιτάχυνση (g) είναι πάντα θετική. Σε ορισμένα βιβλία φυσικής ονομάζεται ελεύθερη κίνηση πτώσης
2. Το αντικείμενο κινείται κατακόρυφα προς τα κάτω με μια ορισμένη αρχική ταχύτητα (υπάρχει vo). Για παράδειγμα, μια πέτρα ρίχνεται κάθετα προς τα κάτω. Η κατεύθυνση κίνησης είναι πάντα προς τα κάτω και το αντικείμενο επιταχύνεται, επομένως το g είναι πάντα θετικό. Σε ορισμένα βιβλία φυσικής ονομάζεται κατακόρυφη κίνηση προς τα κάτω.
3. Ένα αντικείμενο κινείται κατακόρυφα προς τα πάνω με μια ορισμένη αρχική ταχύτητα. Αφού φτάσει στο μέγιστο ύψος του, το αντικείμενο κινείται ξανά προς τα κάτω. Για παράδειγμα, πετάτε μια μπίλια κατακόρυφα προς τα πάνω και στη συνέχεια την πιάνετε ξανά καθώς κινείται προς τα κάτω. Όταν κινείται προς τα πάνω, το αντικείμενο παρουσιάζει επιβράδυνση (αρνητική g), ενώ όταν κινείται προς τα κάτω, το αντικείμενο παρουσιάζει επιτάχυνση (θετική g). Σε ορισμένα εγχειρίδια φυσικής, αυτό ονομάζεται κατακόρυφη κίνηση προς τα πάνω.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι εάν ένα αντικείμενο αντιμετωπίσει μία από τις τρεις παραπάνω συνθήκες, λέγεται ότι βρίσκεται σε ελεύθερη πτώση.
Φόρμουλα Κίνησης Ελεύθερης Πτώσης
Η κίνηση ελεύθερης πτώσης είναι ένα παράδειγμα ομοιόμορφα μεταβαλλόμενης γραμμικής κίνησης, επομένως ο τύπος για την κίνηση ελεύθερης πτώσης είναι βασικά ο ίδιος με τον τύπο για την ομοιόμορφα μεταβαλλόμενη γραμμική κίνηση και προσαρμόζεται στις συνθήκες της κίνησης ελεύθερης πτώσης.
Πληροφορίες:
h = ύψος (μέτρα), vo = αρχική ταχύτητα (μέτρα/δευτερόλεπτο), vt = τελική ταχύτητα (μέτρο/δευτερόλεπτο), t = χρόνος (δευτερόλεπτο), g = επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (μέτρο/δευτερόλεπτο)2) = 9,8 m/s2 ή 10 m/s2.
Σταθερή βαρυτική επιτάχυνση 10 m/s2 (θετικό g – το αντικείμενο κινείται προς τα κάτω), που σημαίνει ότι η ταχύτητα του αντικειμένου αυξάνεται κατά 10 m/s κάθε 1 δευτερόλεπτο. 2 δευτερόλεπτα αργότερα, η ταχύτητα του αντικειμένου γίνεται 20 m/s, 3 δευτερόλεπτα αργότερα η ταχύτητα του αντικειμένου γίνεται 30 m/s. Η σταθερή βαρυτική επιβράδυνση είναι 10 m/s2 (το g είναι αρνητικό, το αντικείμενο κινείται προς τα πάνω) που σημαίνει ότι η ταχύτητα του αντικειμένου μειώνεται κατά 10 m/s2 κάθε 1 δευτερόλεπτο. 2 δευτερόλεπτα αργότερα, η ταχύτητα του αντικειμένου μειώνεται κατά 20 m/s. 3 δευτερόλεπτα αργότερα, η ταχύτητα του αντικειμένου μειώνεται κατά 30 m/s.
Σταθερή επιτάχυνση ή επιβράδυνση συμβαίνει μόνο κοντά στην επιφάνεια της Γης. Στο θέμα Ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα, θα μάθετε ότι η τιμή του g μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης.
Μελετήστε παραδείγματα προβλημάτων ελεύθερης πτώσης , παραδείγματα προβλημάτων κατακόρυφης κίνησης προς τα κάτω και παραδείγματα προβλημάτων κατακόρυφης κίνησης προς τα πάνω, ώστε να κατανοήσετε καλύτερα την ύλη σχετικά με την ελεύθερη πτώση.
