חומר תנועה בנפילה חופשית
בימי קדם, תנועתם של עצמים הנופלים לקרקע הייתה נושא מעניין מאוד בפילוסופיה הטבעית. הפילוסוף אריסטו אמר פעם שעצמים בעלי מסה גדולה יותר נופלים מהר יותר מחפצים קלים יותר. דעתו של אריסטו השפיעה על דעותיהם של אנשים שחיו לפני גלילאו, שהאמינו שעצמים בעלי מסה גדולה יותר נופלים מהר יותר מחפצים קלים יותר וכי מהירות נפילתו של גוף פרופורציונלית למסה שלו. אולי לפני שלמדתם נושא זה, גם אתם חשבת על אותו הדבר.
הפילו פיסת נייר וספר מאותו גובה. הניחו את הנייר על כף ידכם השמאלית ואת הספר על כף ידכם הימנית. לאחר הנפילה, הספר פוגע ראשון ברצפה, בעוד שהנייר פוגע ברצפה מאוחר יותר. כעת, נסו להניח את הנייר על גבי הספר, לאחר מכן הפילו את הנייר והספר לרצפה. הפעם, הנייר והספר פוגעים ברצפה בו זמנית.
נאמר שעצם חווה תנועה חופשית של נפילה אם הוא נע בניצב למרכז כדור הארץ ובמהלך תנועתו, העצם חווה תאוצה כבידתית קבועה. אם הוא נופל בחופשיות ליד פני כדור הארץ, העצם חווה תאוצה כבידתית קבועה של 9,8 מטר/שנייה רבועה וכיוון תאוצת הכבידציה הוא לכיוון מרכז כדור הארץ (בניצב לפני כדור הארץ). כדי לפשט את החישובים שמבצעים תלמידים הלומדים, g מעוגל ל-10 מטר/ שנייה רבועה.
ישנם שלושה מצבים שונים, ביניהם:
1. העצם נע אנכית כלפי מטה ללא מהירות התחלתית (ללא v)oלדוגמה, פרי נופל מעץ לאחר ניתוק מגבעולו. כיוון התנועה הוא תמיד כלפי מטה והעצם חווה תאוצה, לכן תאוצת הכבידה (g) היא תמיד חיובית. בספרי פיזיקה מסוימים זה נקרא תנועת נפילה חופשית
2. העצם נע אנכית כלפי מטה במהירות התחלתית מסוימת (יש voלדוגמה, אבן נזרקת אנכית כלפי מטה. כיוון התנועה הוא תמיד כלפי מטה והעצם חווה תאוצה, לכן g תמיד חיובי. בספרי פיזיקה מסוימים זה נקרא תנועה אנכית כלפי מטה.
3. גוף נע אנכית כלפי מעלה במהירות התחלתית מסוימת. לאחר שהגיע לגובהו המרבי, הגוף נע חזרה למטה. לדוגמה, זורקים גולה אנכית כלפי מעלה ואז תופסים אותה שוב כשהיא נעה כלפי מטה. כאשר הגוף נע כלפי מעלה, הוא חווה האטה (g שלילי), כאשר הגוף נע כלפי מטה, הוא חווה תאוצה (g חיובי). בספרי לימוד מסוימים בפיזיקה, זה נקרא תנועה אנכית כלפי מעלה.
יש לציין שאם עצם חווה אחד משלושת התנאים לעיל, הוא נחשב לנפילה חופשית.
נוסחת תנועה בנפילה חופשית
תנועת נפילה חופשית היא דוגמה לתנועה ליניארית משתנה באופן אחיד, לכן הנוסחה לתנועה ליניארית משתנה באופן אחיד זהה בעיקרון לנוסחה לתנועה ליניארית משתנה באופן אחיד ומותאמת לתנאי תנועת הנפילה החופשית.
מידע:
h = גובה (מטרים), vo = מהירות התחלתית (מטרים/שנייה), vt = מהירות סופית (מטר/שנייה), t = זמן (שנייה), g = תאוצת כוח הכבידה (מטר/שנייה)2) = 9,8 מטר/שנייה2 או 10 מטר/שנייה2.
תאוצה כבידתית קבועה של 10 מטר/שנייה2 (g חיובי - הגוף נע כלפי מטה), כלומר מהירותו של הגוף עולה ב-10 מטר/שנייה כל שנייה. 2 שניות לאחר מכן, מהירותו של הגוף מגיעה ל-20 מטר/שנייה, 3 שניות לאחר מכן מהירותו מגיעה ל-30 מטר/שנייה. האטת הכבידה הקבועה היא 10 מטר/שנייה.2 (g שלילי, הגוף נע כלפי מעלה) כלומר מהירותו של הגוף יורדת ב-10 מטר לשנייה2 כל שנייה. 2 שניות לאחר מכן, מהירות העצם יורדת ב-20 מטר/שנייה. 3 שניות לאחר מכן, מהירות העצם יורדת ב-30 מטר/שנייה.
תאוצה או האטה קבועות מתרחשות רק ליד פני כדור הארץ. בנושא חוק הכבידה של ניוטון, תלמדו שערך g יורד עם ריבוע המרחק.
למדו דוגמאות לבעיות תנועה בנפילה חופשית , דוגמאות לבעיות תנועה אנכית כלפי מטה ודוגמאות לבעיות תנועה אנכית כלפי מעלה כדי שתוכלו להבין טוב יותר את החומר על תנועה בנפילה חופשית.
