วัสดุสำหรับการเคลื่อนที่แบบตกอิสระ
ในสมัยโบราณการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ตกลงสู่พื้นเป็นหัวข้อที่น่าสนใจมากในปรัชญาธรรมชาติ อริสโตเติล นักปรัชญาชื่อดังเคยกล่าวไว้ว่า วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะตกลงมาเร็วกว่าวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า ความคิดเห็นของอริสโตเติลมีอิทธิพลต่อความคิดของคนในยุคก่อนกาลิเลโอ ซึ่งเชื่อว่าวัตถุที่มีมวลมากกว่าจะตกลงมาเร็วกว่าวัตถุที่มีมวลน้อยกว่า และความเร็วในการตกของวัตถุเป็นสัดส่วนกับมวลของมัน บางที ก่อนที่จะศึกษาหัวข้อนี้ คุณอาจเคยคิดแบบเดียวกันมาก่อน
ลองปล่อยกระดาษและหนังสือจากความสูงเดียวกัน โดยวางกระดาษไว้บนฝ่ามือซ้ายและหนังสือไว้บนฝ่ามือขวา ครั้งแรก หนังสือจะตกถึงพื้นก่อน ส่วนกระดาษจะตกทีหลัง ทีนี้ ลองวางกระดาษไว้บนหนังสือ แล้วปล่อยทั้งกระดาษและหนังสือลงพื้นพร้อมกัน คราวนี้ กระดาษและหนังสือจะตกถึงพื้นพร้อมกัน
กล่าวได้ว่าวัตถุเคลื่อนที่แบบตกอิสระก็ต่อเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ตั้งฉากกับศูนย์กลางของโลก และในระหว่างการเคลื่อนที่ วัตถุจะได้รับความเร่งโน้มถ่วงคงที่ หากวัตถุตกอย่างอิสระใกล้พื้นผิวโลก วัตถุจะได้รับความเร่งโน้มถ่วงคงที่ 9,8 m/s² และ ทิศทางของความเร่งโน้มถ่วงจะพุ่งเข้าหาศูนย์กลางของโลก (ตั้งฉากกับพื้นผิวโลก ) เพื่อให้ง่ายต่อการคำนวณสำหรับนักเรียน จึงปัดค่า g เป็น 10 m/ s²
มีสถานการณ์ที่แตกต่างกันสามแบบ ได้แก่:
1. วัตถุเคลื่อนที่ลงในแนวดิ่งโดยไม่มีความเร็วเริ่มต้น (ไม่มี v)oตัวอย่างเช่น ผลไม้ร่วงจากต้นไม้หลังจากหลุดจากก้าน ทิศทางการเคลื่อนที่จะเป็นลงเสมอ และวัตถุจะมีความเร่ง ดังนั้นความเร่งโน้มถ่วง (g) จึงเป็นค่าบวกเสมอ ในหนังสือฟิสิกส์บางเล่มเรียกว่า ... การเคลื่อนที่ตกอย่างอิสระ
2. วัตถุเคลื่อนที่ลงในแนวดิ่งด้วยความเร็วเริ่มต้นค่าหนึ่ง (มี v)oตัวอย่างเช่น ก้อนหินถูกขว้างลงมาในแนวดิ่ง ทิศทางการเคลื่อนที่จะเป็นลงเสมอ และวัตถุจะมีความเร่ง ดังนั้น g จึงเป็นค่าบวกเสมอ ในหนังสือฟิสิกส์บางเล่มเรียกค่านี้ว่า การเคลื่อนที่ลงในแนวดิ่ง.
3. วัตถุเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งด้วยความเร็วเริ่มต้นค่าหนึ่ง หลังจากถึงจุดสูงสุดแล้ว วัตถุจะเคลื่อนที่ลงมา ตัวอย่างเช่น คุณโยนลูกแก้วขึ้นไปในแนวดิ่งแล้วจับมันอีกครั้งขณะที่มันเคลื่อนที่ลงมา เมื่อเคลื่อนที่ขึ้น วัตถุจะเกิดการลดความเร็ว (g ติดลบ) เมื่อเคลื่อนที่ลง วัตถุจะเกิดการเร่งความเร็ว (g เป็นบวก) ในตำราฟิสิกส์บางเล่มเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า... การเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่ง.
ควรทราบว่า หากวัตถุใดประสบกับสภาวะใดสภาวะหนึ่งในสามข้อข้างต้น วัตถุนั้นจะอยู่ในสภาวะตกอิสระ
สูตรการเคลื่อนที่แบบตกอิสระ
การตกอย่างอิสระเป็นตัวอย่างของการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่เปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นสูตรสำหรับการตกอย่างอิสระจึงโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับสูตรสำหรับการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่เปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอ และถูกปรับให้เข้ากับเงื่อนไขของการตกอย่างอิสระ
ข้อสังเกต:
h = ความสูง (เมตร), vo = ความเร็วเริ่มต้น (เมตร/วินาที), vt = ความเร็วสุดท้าย (เมตร/วินาที), t = เวลา (วินาที), g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (เมตร/วินาที)2) = 9,8 ม./วินาที2 หรือ 10 เมตร/วินาที2.
ความเร่งโน้มถ่วงคงที่ 10 m/s²2 (ค่า g เป็นบวก – วัตถุเคลื่อนที่ลง) หมายความว่าความเร็วของวัตถุเพิ่มขึ้น 10 เมตร/วินาที ทุกๆ 1 วินาที 2 วินาทีต่อมา ความเร็วของวัตถุจะกลายเป็น 20 เมตร/วินาที และ 3 วินาทีต่อมา ความเร็วของวัตถุจะกลายเป็น 30 เมตร/วินาที ความหน่วงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงคงที่คือ 10 เมตร/วินาที²2 (g เป็นค่าลบ วัตถุเคลื่อนที่ขึ้น) หมายความว่าความเร็วของวัตถุลดลง 10 เมตร/วินาที2 ทุกๆ 1 วินาที 2 วินาทีต่อมา ความเร็วของวัตถุลดลง 20 เมตร/วินาที 3 วินาทีต่อมา ความเร็วของวัตถุลดลง 30 เมตร/วินาที
การเร่งความเร็วหรือการลดความเร็วอย่างคงที่เกิดขึ้นเฉพาะบริเวณใกล้พื้นผิวโลกเท่านั้น ในเนื้อหาดังกล่าว กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันคุณจะได้เรียนรู้ว่าค่าของ g จะลดลงตามกำลังสองของระยะทาง
ศึกษาตัวอย่างโจทย์ปัญหาเกี่ยวกับการตกอย่างอิสระตัวอย่างโจทย์ปัญหาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ลงในแนวดิ่งและตัวอย่างโจทย์ปัญหาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งเพื่อให้คุณเข้าใจเนื้อหาเกี่ยวกับการตกอย่างอิสระได้ดียิ่งขึ้น
