Cara mencari ketinggian jika kecepatan jatuh diketahui. Kecepatan jatuh tertinggi. Gerakan tubuh yang dilempar secara horizontal

Jatuh bebas suatu benda adalah gerak seragamnya, yang terjadi di bawah pengaruh gravitasi. Pada saat ini, gaya-gaya lain yang dapat bekerja pada benda tidak ada atau sangat kecil sehingga pengaruhnya tidak diperhitungkan. Misalnya, ketika seorang penerjun payung melompat dari pesawat, dia jatuh bebas selama beberapa detik pertama setelah lompatannya. Periode waktu yang singkat ini ditandai dengan perasaan tidak berbobot, serupa dengan yang dialami astronot di pesawat ruang angkasa.

Sejarah ditemukannya fenomena tersebut

Para ilmuwan mengetahui tentang jatuh bebas suatu benda pada Abad Pertengahan: Albert dari Saxony dan Nicholas Ores mempelajari fenomena ini, tetapi beberapa kesimpulan mereka salah. Misalnya, mereka berpendapat bahwa kecepatan jatuhnya benda berat meningkat berbanding lurus dengan jarak yang ditempuh. Pada tahun 1545, koreksi terhadap kesalahan ini dilakukan oleh ilmuwan Spanyol D. Soto, yang menetapkan fakta bahwa kecepatan benda yang jatuh meningkat sebanding dengan waktu yang berlalu sejak awal jatuhnya benda tersebut.

Pada tahun 1590, fisikawan Italia Galileo Galilei merumuskan hukum yang menetapkan ketergantungan yang jelas antara jarak yang ditempuh benda jatuh terhadap waktu. Para ilmuwan juga telah membuktikan bahwa tanpa adanya hambatan udara, semua benda di bumi jatuh dengan percepatan yang sama, meskipun sebelum ditemukannya secara umum diterima bahwa benda berat jatuh lebih cepat.

Kuantitas baru ditemukan - percepatan jatuh bebas , yang terdiri dari dua komponen: percepatan gravitasi dan sentrifugal. Percepatan gravitasi dilambangkan dengan huruf g dan memiliki nilai berbeda untuk berbagai titik di dunia: dari 9,78 m/s 2 (indikator di ekuator) hingga 9,83 m/s 2 (nilai percepatan di kutub). Keakuratan indikator dipengaruhi oleh garis bujur, garis lintang, waktu dan beberapa faktor lainnya.

Nilai standar g dianggap 9,80665 m/s 2 . Dalam perhitungan fisika yang tidak memerlukan ketelitian tinggi, diambil nilai percepatannya sebesar 9,81 m/s 2 . Untuk memudahkan perhitungan, diperbolehkan mengambil nilai g sama dengan 10 m/s 2 .

Untuk mendemonstrasikan bagaimana suatu benda jatuh sesuai dengan penemuan Galileo, para ilmuwan melakukan percobaan berikut: benda-benda dengan massa berbeda ditempatkan dalam tabung kaca panjang, dan udara dipompa keluar dari tabung tersebut. Setelah itu tabung dibalik, semua benda jatuh secara bersamaan ke dasar tabung di bawah pengaruh gravitasi, berapapun massanya.

Ketika benda-benda yang sama ditempatkan di suatu lingkungan, secara bersamaan dengan gaya gravitasi, suatu gaya hambatan bekerja padanya, sehingga benda-benda, tergantung pada massa, bentuk dan kepadatannya, akan jatuh pada waktu yang berbeda.

Rumus untuk perhitungan

Ada rumus yang dapat digunakan untuk menghitung berbagai indikator yang berhubungan dengan terjun bebas. Mereka menggunakan yang berikut ini legenda:

kamu- kecepatan akhir, yang menggerakkan benda yang diteliti, m/s;
h adalah ketinggian dari mana benda yang diteliti bergerak, m;
t adalah waktu pergerakan benda yang diteliti, s;
g - percepatan (nilai konstan sama dengan 9,8 m/s 2).

Rumus untuk menentukan jarak yang ditempuh benda jatuh dengan kecepatan akhir dan waktu jatuh yang diketahui: h = ut /2.

Rumus menghitung jarak yang ditempuh benda jatuh dengan menggunakan nilai konstanta g dan waktu: h = gt 2 /2.

Rumus menentukan kelajuan suatu benda jatuh pada akhir jatuhnya yang diketahui waktu jatuhnya: u = gt.

Rumus untuk menghitung kelajuan suatu benda pada akhir jatuhnya, jika diketahui ketinggian jatuhnya benda yang diteliti: u = √2 gh.

Jika Anda tidak mendalaminya pengetahuan ilmiah, Definisi gerak bebas sehari-hari menyiratkan pergerakan suatu benda di atmosfer bumi ketika tidak dipengaruhi oleh faktor asing apa pun selain hambatan udara di sekitarnya dan gravitasi.

Di berbagai waktu, para relawan bersaing satu sama lain, berusaha mencapai yang terbaik. Pada tahun 1962, seorang penerjun payung uji dari Uni Soviet, Evgeny Andreev, mencetak rekor yang masuk dalam Guinness Book of Records: ketika melompat dengan parasut saat terjun bebas, ia menempuh jarak 24.500 m, tanpa menggunakan parasut pengereman selama melompat.

Pada tahun 1960, D. Kittinger dari Amerika melakukan lompatan parasut dari ketinggian 31 ribu m, tetapi menggunakan sistem pengereman parasut.

Pada tahun 2005, rekor kecepatan saat jatuh bebas tercatat - 553 km/jam, dan tujuh tahun kemudian rekor baru dibuat - kecepatan ini ditingkatkan menjadi 1342 km/jam. Rekor ini dimiliki oleh penerjun payung Austria Felix Baumgartner, yang dikenal di seluruh dunia karena aksi berbahayanya.

Video

Tonton video menarik dan mendidik yang akan menceritakan tentang kecepatan benda jatuh.

Apa itu jatuh bebas? Ini adalah jatuhnya benda ke bumi tanpa adanya hambatan udara. Dengan kata lain, jatuh ke dalam kehampaan. Tentu saja, tidak adanya hambatan udara merupakan ruang hampa yang tidak dapat ditemukan di Bumi kondisi normal. Oleh karena itu, kami tidak akan memperhitungkan kekuatan hambatan udara, mengingat sangat kecil sehingga dapat diabaikan.

Percepatan gravitasi

Melakukan eksperimennya yang terkenal di Menara Miring Pisa, Galileo Galilei menemukan bahwa semua benda, berapapun massanya, jatuh ke bumi dengan cara yang sama. Artinya, percepatan gravitasi semua benda adalah sama. Menurut legenda, ilmuwan tersebut kemudian menjatuhkan bola dengan massa berbeda dari menara.

Percepatan gravitasi

Percepatan gravitasi adalah percepatan jatuhnya semua benda ke bumi.

Percepatan jatuh bebas kira-kira 9,81 m s 2 dan dilambangkan dengan huruf g. Terkadang, ketika akurasi tidak terlalu penting, percepatan gravitasi dibulatkan menjadi 10 m s 2.

Bumi bukanlah bola sempurna, dan di berbagai titik di permukaan bumi, bergantung pada koordinat dan ketinggian di atas permukaan laut, nilai g bervariasi. Dengan demikian, percepatan gravitasi terbesar terjadi di kutub (≈ 9,83 m s 2), dan terkecil di ekuator (≈ 9,78 m s 2).

Tubuh jatuh bebas

Mari kita lihat contoh sederhana dari jatuh bebas. Misalkan suatu benda jatuh dari ketinggian h dengan kecepatan awal nol. Katakanlah kita mengangkat piano ke ketinggian h dan melepaskannya dengan tenang.

Jatuh bebas - gerak lurus dengan percepatan konstan. Mari kita arahkan sumbu koordinat dari titik posisi awal benda ke Bumi. Menerapkan rumus kinematika untuk bujursangkar gerak dipercepat beraturan, dapat dituliskan.

h = v 0 + gt 2 2 .

Karena kecepatan awalnya nol, kita menulis ulang:

Dari sini kita menemukan persamaan waktu jatuhnya suatu benda dari ketinggian h:

Mengingat v = g t, kita mencari kecepatan benda pada saat jatuh, yaitu kecepatan maksimum:

v = 2 jam g · g = 2 jam g .

Demikian pula kita dapat mengamati gerak suatu benda yang dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal tertentu. Misalnya kita melempar bola ke atas.

Biarkan sumbu koordinat diarahkan vertikal ke atas dari titik pelemparan benda. Kali ini tubuh bergerak sama lambatnya, kehilangan kecepatan. DI DALAM titik tertinggi kecepatan benda adalah nol. Dengan menggunakan rumus kinematika, kita dapat menulis:

Mengganti v = 0, kita mencari waktu bagi benda untuk naik ke ketinggian maksimumnya:

Waktu jatuh bertepatan dengan waktu naik, dan benda akan kembali ke Bumi setelah t = 2 v 0 g.

Tinggi angkat maksimum suatu benda yang dilempar vertikal:

Mari kita lihat gambar di bawah ini. Ini menunjukkan grafik kecepatan benda untuk tiga kasus gerak dengan percepatan a = - g. Mari kita pertimbangkan masing-masing, setelah sebelumnya menentukannya di dalam contoh ini semua angka dibulatkan, dan percepatan gravitasi diasumsikan 10 ms 2.

Grafik pertama adalah benda yang jatuh dari ketinggian tertentu tanpa kecepatan awal. Waktu jatuh tp = 1 s. Dari rumus dan grafik terlihat bahwa tinggi jatuhnya benda adalah h = 5 m.

Grafik kedua adalah pergerakan suatu benda yang dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal v 0 = 10 m s. Ketinggian angkat maksimum h = 5 m. Waktu naik dan waktu turun t p = 1 s.

Grafik ketiga merupakan kelanjutan dari grafik pertama. Benda yang jatuh memantul dari permukaan dan kecepatannya berubah tajam ke arah sebaliknya. Pergerakan benda selanjutnya dapat dilihat pada grafik kedua.

Masalah jatuh bebas suatu benda erat kaitannya dengan masalah gerak suatu benda yang dilempar dengan sudut tertentu terhadap cakrawala. Dengan demikian, pergerakan sepanjang lintasan parabola dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua pergerakan independen terhadap sumbu vertikal dan horizontal.

Sepanjang sumbu O Y benda bergerak beraturan dengan percepatan g, kecepatan awal gerakan ini adalah v 0 y. Pergerakan sepanjang sumbu O X beraturan dan lurus, dengan kecepatan awal v 0 x.

Kondisi pergerakan sepanjang sumbu O X:

x 0 = 0 ; v 0 x = v 0 cos α ; a x = 0 .

Kondisi pergerakan sepanjang sumbu O Y:

kamu 0 = 0 ; v 0 y = v 0 dosa α ; ay = - g .

Mari kita berikan rumus gerak suatu benda yang dilempar membentuk sudut terhadap horizontal.

Waktu penerbangan tubuh:

t = 2 v 0 dosa α g .

Rentang penerbangan tubuh:

L = v 0 2 dosa 2 α g .

Jangkauan penerbangan maksimum dicapai pada sudut α = 45°.

L m a x = v 0 2 g .

Ketinggian pengangkatan maksimum:

h = v 0 2 dosa 2 α 2 g .

Perlu diketahui bahwa dalam kondisi nyata, pergerakan suatu benda yang dilempar dengan sudut terhadap cakrawala dapat terjadi sepanjang lintasan yang berbeda dari parabola karena adanya hambatan udara dan angin. Studi tentang pergerakan benda yang dilempar ke luar angkasa adalah ilmu khusus - balistik.

Jika Anda melihat kesalahan pada teks, silakan sorot dan tekan Ctrl+Enter

Dalam mekanika klasik, keadaan suatu benda yang bergerak bebas dalam medan gravitasi disebut jatuh bebas. Jika suatu benda jatuh ke atmosfer, gaya tarik tambahan akan bekerja padanya dan pergerakannya tidak hanya bergantung pada percepatan gravitasi, tetapi juga pada massanya, persilangan dan faktor lainnya. Namun benda yang jatuh dalam ruang hampa hanya dikenakan satu gaya yaitu gravitasi.

Contoh jatuh bebas adalah pesawat luar angkasa dan satelit orbit bumi yang rendah, karena satu-satunya gaya yang bekerja padanya adalah gravitasi. Planet-planet yang mengorbit Matahari juga jatuh bebas. Benda yang jatuh ke tanah dengan kecepatan rendah juga dapat dianggap jatuh bebas, karena dalam hal ini hambatan udara dapat diabaikan dan dapat diabaikan. Jika gaya yang bekerja pada benda hanya gravitasi dan tidak ada hambatan udara, maka percepatan semua benda sama dan sama dengan percepatan gravitasi di permukaan bumi 9,8 meter per detik per detik (m/s²) atau 32,2 kaki dalam detik per detik (kaki/s²). Di permukaan benda astronomi lainnya, percepatan gravitasi akan berbeda-beda.

Penerjun payung tentu saja mengatakan bahwa sebelum parasut terbuka mereka terjun bebas, namun kenyataannya seorang penerjun payung tidak akan pernah bisa terjun bebas, meskipun parasutnya belum terbuka. Ya, seorang penerjun payung yang sedang “jatuh bebas” dipengaruhi oleh gaya gravitasi, tetapi ia juga dipengaruhi oleh gaya yang berlawanan - hambatan udara, dan gaya hambatan udara hanya sedikit lebih kecil dari gaya gravitasi.

Jika tidak ada hambatan udara, kecepatan benda yang jatuh bebas akan bertambah 9,8 m/s setiap detik.

Kecepatan dan jarak benda yang jatuh bebas dihitung sebagai berikut:

ay₀ - kecepatan awal (m/s).

ay- kecepatan vertikal akhir (m/s).

H₀ - tinggi awal (m).

H- tinggi jatuh (m).

T- waktu musim gugur.

G- percepatan jatuh bebas (9,81 m/s2 di permukaan bumi).

Jika ay₀=0 dan H₀=0, kita mempunyai:

jika waktu jatuh bebas diketahui:

jika jarak jatuh bebas diketahui:

jika kecepatan akhir jatuh bebas diketahui:

Rumus ini digunakan dalam kalkulator jatuh bebas ini.

Saat jatuh bebas, ketika tidak ada gaya yang menopang tubuh, tanpa bobot. Tanpa bobot adalah tidak adanya gaya luar yang bekerja pada tubuh dari lantai, kursi, meja dan benda lain di sekitarnya. Dengan kata lain, mendukung gaya reaksi. Biasanya gaya-gaya ini bekerja dalam arah tegak lurus terhadap permukaan kontak dengan penyangga, dan paling sering vertikal ke atas. Keadaan tanpa bobot bisa diibaratkan seperti berenang di air, namun sedemikian rupa sehingga kulit tidak merasakan air. Semua orang tahu perasaan berat sendiri saat pergi ke darat setelah lama berenang di laut. Inilah sebabnya mengapa kolam air digunakan untuk mensimulasikan keadaan tanpa bobot saat melatih kosmonot dan astronot.

Medan gravitasi itu sendiri tidak dapat memberikan tekanan pada tubuh Anda. Jadi jika Anda sedang terjun bebas objek besar(misalnya di pesawat terbang), yang juga dalam keadaan ini, tubuh Anda tidak terpengaruh oleh apapun kekuatan luar interaksi tubuh dengan tumpuan dan timbul rasa tidak berbobot, hampir sama seperti di air.

Pesawat untuk pelatihan dalam kondisi gravitasi nol dirancang untuk menciptakan keadaan tanpa bobot jangka pendek untuk tujuan pelatihan kosmonot dan astronot, serta untuk melakukan berbagai eksperimen. Pesawat semacam itu telah dan sedang digunakan di beberapa negara. Dalam jangka waktu singkat, sekitar 25 detik setiap menit penerbangan, pesawat berada dalam kondisi tanpa bobot, artinya tidak ada reaksi darat bagi penumpangnya.

Berbagai pesawat digunakan untuk mensimulasikan keadaan tanpa bobot: di Uni Soviet dan Rusia, pesawat produksi yang dimodifikasi Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK dan Il-76MDK digunakan untuk tujuan ini sejak tahun 1961. Di Amerika Serikat, para astronot telah berlatih sejak tahun 1959 dengan menggunakan AJ-2, C-131, KC-135, dan Boeing 727-200 yang dimodifikasi. Di Eropa Pusat Nasional penelitian luar angkasa(CNES, Prancis) menggunakan pesawat Airbus A310 untuk pelatihan gravitasi nol. Modifikasi tersebut terdiri dari modifikasi bahan bakar, hidrolik dan beberapa sistem lainnya untuk memastikan pengoperasian normal dalam kondisi tanpa bobot jangka pendek, serta memperkuat sayap sehingga pesawat dapat menahan peningkatan akselerasi (hingga 2G).

Padahal terkadang saat menggambarkan kondisi terjun bebas saat itu penerbangan luar angkasa di orbit mengelilingi bumi mereka berbicara tentang tidak adanya gravitasi; tentu saja, gravitasi ada di pesawat ruang angkasa mana pun. Yang hilang adalah berat, yaitu gaya reaksi tumpuan pada benda yang terletak di dalamnya pesawat ruang angkasa, yang bergerak di luar angkasa dengan percepatan gravitasi yang sama, yaitu hanya sedikit lebih kecil dibandingkan di Bumi. Misalnya pada orbit rendah Bumi pada ketinggian 350 km, di mana Internasional Stasiun ruang angkasa(ISS) terbang mengelilingi bumi, percepatan gravitasinya adalah 8,8 m/s², hanya 10% lebih kecil dibandingkan di permukaan bumi.

Untuk menggambarkan percepatan sebenarnya suatu benda (biasanya pesawat terbang) mengenai percepatan jatuh bebas di permukaan bumi biasanya digunakan istilah khusus - kelebihan muatan. Jika Anda berbaring, duduk, atau berdiri di tanah, tubuh Anda terkena gaya sebesar 1 g (yaitu, tidak ada gaya). Jika Anda berada di pesawat yang lepas landas, Anda akan merasakan gaya sekitar 1,5 g. Jika pesawat yang sama melakukan belokan dengan radius sempit yang terkoordinasi, penumpang mungkin mengalami beban hingga 2 g, yang berarti berat mereka menjadi dua kali lipat.

Masyarakat terbiasa hidup dalam kondisi tanpa beban berlebih (1 g), sehingga beban berlebih apa pun berdampak kuat pada tubuh manusia. Seperti halnya pada pesawat laboratorium gravitasi nol, di mana semua sistem penanganan fluida harus dimodifikasi agar dapat beroperasi dengan baik dalam kondisi nol-g dan bahkan negatif-g, manusia juga memerlukan bantuan dan “modifikasi” serupa untuk bertahan hidup dalam kondisi tersebut. Orang yang tidak terlatih dapat kehilangan kesadaran dengan kelebihan beban 3-5 g (tergantung arah kelebihan beban), karena kelebihan beban tersebut cukup untuk menghilangkan oksigen ke otak, karena jantung tidak dapat mensuplai cukup darah ke otak. Dalam hal ini, pilot militer dan astronot berlatih di sentrifugal kondisi beban berlebih yang tinggi untuk mencegah hilangnya kesadaran selama mereka. Untuk mencegah hilangnya penglihatan dan kesadaran jangka pendek, yang dapat berakibat fatal dalam kondisi kerja, pilot, kosmonot, dan astronot mengenakan pakaian kompensasi ketinggian, yang membatasi aliran darah dari otak selama kelebihan beban dengan memastikan tekanan seragam di seluruh area. permukaan tubuh manusia.

Dia mengambil dua tabung kaca, yang disebut tabung Newton, dan memompa udara keluar (Gbr. 1). Kemudian dia mengukur waktu jatuhnya bola berat dan bulu ringan ke dalam tabung tersebut. Ternyata mereka terjatuh secara bersamaan.

Kita melihat bahwa jika kita menghilangkan hambatan udara, maka tidak ada yang bisa menghentikan jatuhnya bulu atau bola - mereka akan jatuh bebas. Sifat inilah yang menjadi dasar definisi jatuh bebas.

Jatuh bebas adalah pergerakan suatu benda hanya di bawah pengaruh gravitasi, tanpa adanya gaya lain.

Seperti apa jatuh bebas itu? Jika suatu benda diangkat dan dilepaskan, maka kecepatan benda tersebut akan berubah, yang berarti geraknya dipercepat, bahkan dipercepat secara seragam.

Untuk pertama kalinya, Galileo Galilei menyatakan dan membuktikan bahwa jatuh bebas benda dipercepat secara seragam. Dia mengukur percepatan pergerakan benda-benda tersebut, yang disebut percepatan gravitasi, dan kira-kira 9,8 m/s 2.

Jadi terjun bebas adalah kasus spesial gerak dipercepat beraturan. Artinya semua persamaan yang diperoleh valid untuk perpindahan ini:

untuk proyeksi kecepatan: V x = V 0x + a x t

untuk proyeksi perpindahan: S x = V 0x t + a x t 2 /2

penentuan posisi benda pada suatu waktu: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x berarti gerakan kita lurus, sepanjang sumbu x, yang biasanya kita pilih secara horizontal.

Jika benda bergerak secara vertikal, maka biasanya dilambangkan dengan sumbu y dan kita mendapatkan (Gbr. 2):

Beras. 2. Gerakan tubuh vertikal ()

Persamaannya mengambil bentuk yang benar-benar identik berikut ini, di mana g adalah percepatan jatuh bebas, h adalah perpindahan ketinggian. Ketiga persamaan tersebut menjelaskan cara menyelesaikan permasalahan pokok mekanika untuk kasus jatuh bebas.

Benda dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal V 0 (Gbr. 3). Mari kita cari ketinggian benda yang dilempar. Mari kita tuliskan persamaan gerak benda ini:

Beras. 3. Contoh tugas ()

Pengetahuan tentang persamaan paling sederhana memungkinkan kita menemukan ketinggian di mana kita dapat melempar suatu benda.

Besarnya percepatan gravitasi bergantung pada garis lintang geografis daerah tersebut; maksimum di kutub dan minimum di ekuator. Selain itu, percepatan jatuh bebas bergantung pada komposisi apa kerak bumi di bawah tempat kita berada. Jika terdapat endapan mineral berat maka nilai gnya akan sedikit lebih besar, jika terdapat rongga disana maka nilai gnya akan sedikit berkurang. Metode ini digunakan oleh para ahli geologi untuk menentukan endapan bijih berat atau gas, minyak, disebut gravimetri.

Jika kita ingin menggambarkan secara akurat pergerakan suatu benda yang jatuh ke permukaan bumi, maka kita harus ingat bahwa hambatan udara masih ada.

Fisikawan Paris Lenormand pada abad ke-18, setelah memasang ujung jarum rajut ke payung biasa, melompat dari atap rumah. Terdorong oleh kesuksesannya, ia membuat payung khusus dengan tempat duduk dan melompat dari sebuah menara di kota Montelier. Ia menyebut penemuannya sebagai parasut, yang dalam bahasa Perancis berarti “anti jatuh”.

Galileo Galilei adalah orang pertama yang menunjukkan bahwa waktu jatuhnya suatu benda ke bumi tidak bergantung pada massanya, tetapi ditentukan oleh karakteristik bumi itu sendiri. Misalnya, ia mencontohkan pembahasan tentang jatuhnya suatu benda bermassa tertentu dalam jangka waktu tertentu. Ketika benda ini terbagi menjadi dua bagian yang identik, mereka mulai jatuh, tetapi jika kecepatan jatuhnya benda dan waktu jatuhnya bergantung pada massa, maka mereka akan jatuh lebih lambat, tetapi bagaimana caranya? Bagaimanapun, massa total mereka tidak berubah. Mengapa? Mungkin separuhnya mencegah separuh lainnya jatuh? Kita sampai pada suatu kontradiksi, yang berarti anggapan bahwa kecepatan jatuh bergantung pada massa benda adalah tidak adil.

Oleh karena itu, kita sampai pada definisi yang benar tentang jatuh bebas.

Jatuh bebas adalah pergerakan suatu benda hanya karena pengaruh gravitasi. Tidak ada kekuatan lain yang bekerja pada tubuh.

Kita terbiasa menggunakan nilai percepatan gravitasi 9,8 m/s 2 , ini adalah nilai yang paling sesuai untuk fisiologi kita. Kita tahu bahwa percepatan gravitasi akan bervariasi tergantung pada lokasi geografis, namun perubahan ini tidak signifikan. Apa nilai percepatan gravitasi terhadap orang lain? benda langit Oh? Bagaimana cara memprediksi apakah seseorang bisa hidup nyaman di sana? Mari kita mengingat kembali rumus jatuh bebas (Gbr. 4):

Beras. 4. Tabel percepatan jatuh bebas pada planet ()

Semakin masif suatu benda langit, semakin besar pula percepatan jatuh bebas yang menimpanya, sehingga semakin mustahil bagi tubuh manusia untuk berada di atasnya. Dengan mengetahui percepatan gravitasi pada berbagai benda langit, kita dapat menentukan massa jenis rata-rata benda langit tersebut, dan dengan mengetahui massa jenis rata-rata, kita dapat memperkirakan bahan penyusun benda tersebut, yaitu menentukan strukturnya.

Intinya mengukur percepatan gravitasi di berbagai titik di bumi merupakan metode eksplorasi geologi yang ampuh. Dengan cara ini, tanpa menggali lubang, tanpa mengebor sumur atau tambang, keberadaan mineral pada ketebalan kerak bumi dapat diketahui. Metode pertama adalah mengukur percepatan gravitasi menggunakan neraca pegas geologi; mereka memiliki sensitivitas yang fenomenal, hingga sepersejuta gram (Gbr. 5).

Cara kedua adalah dengan menggunakan bandul matematis yang sangat akurat, karena dengan mengetahui periode osilasi bandul, Anda dapat menghitung percepatan jatuh bebas: semakin pendek periodenya, semakin besar percepatan jatuh bebas. Artinya, dengan mengukur percepatan gravitasi di berbagai titik di Bumi menggunakan pendulum yang sangat presisi, Anda dapat melihat apakah percepatan gravitasinya menjadi lebih besar atau lebih kecil.

Berapakah norma besarnya percepatan gravitasi? Bola dunia bukanlah bola sempurna, melainkan geoid, yaitu agak pipih di bagian kutubnya. Artinya di kutub nilai percepatan gravitasinya akan lebih besar dibandingkan di ekuator; di ekuator minimal, namun tetap sama garis lintang geografis itu harus sama. Artinya dengan mengukur percepatan gravitasi di berbagai titik dalam garis lintang yang sama, kita dapat menilai keberadaan fosil tertentu dari perubahannya. Metode ini disebut eksplorasi gravimetri, berkat ditemukannya cadangan minyak di Kazakhstan dan Siberia Barat.

Keberadaan mineral, endapan zat berat atau rongga tidak hanya mempengaruhi besarnya percepatan gravitasi, tetapi juga arahnya. Jika Anda mengukur percepatan gravitasi dekat gunung-gunung besar, maka benda masif ini akan mempengaruhi arah percepatan jatuh bebas, karena benda tersebut juga akan menarik bandul matematis, yaitu cara kita mengukur percepatan jatuh bebas.

Bibliografi

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fisika (tingkat dasar) - M.: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fisika kelas 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisika - 9, Moskow, Pendidikan, 1990.

Pekerjaan rumah

Jenis gerak jatuh bebas apa?
Apa saja ciri-ciri jatuh bebas?
Pengalaman apa yang menunjukkan bahwa semua benda di bumi jatuh dengan percepatan yang sama?

Portal internet Kelas-fizika.narod.ru ().
Portal Internet Nado5.ru().
Portal Internet Fizika.in ().

Dalam mekanika klasik, keadaan suatu benda yang bergerak bebas dalam medan gravitasi disebut jatuh bebas. Jika suatu benda jatuh di atmosfer, benda tersebut akan mengalami gaya tarik tambahan dan pergerakannya tidak hanya bergantung pada percepatan gravitasi, tetapi juga pada massa, penampang, dan faktor lainnya. Namun benda yang jatuh dalam ruang hampa hanya dikenakan satu gaya yaitu gravitasi.

Contoh jatuh bebas adalah pesawat ruang angkasa dan satelit di orbit rendah Bumi, karena gaya yang bekerja padanya hanyalah gravitasi. Planet-planet yang mengorbit Matahari juga jatuh bebas. Benda yang jatuh ke tanah dengan kecepatan rendah juga dapat dianggap jatuh bebas, karena dalam hal ini hambatan udara dapat diabaikan dan dapat diabaikan. Jika gaya yang bekerja pada benda hanya gravitasi dan tidak ada hambatan udara, maka percepatan semua benda sama dan sama dengan percepatan gravitasi di permukaan bumi 9,8 meter per detik per detik (m/s²) atau 32,2 kaki dalam detik per detik (kaki/s²). Di permukaan benda astronomi lainnya, percepatan gravitasi akan berbeda-beda.

Jika tidak ada hambatan udara, kecepatan benda yang jatuh bebas akan bertambah 9,8 m/s setiap detik.

Kecepatan dan jarak benda yang jatuh bebas dihitung sebagai berikut:

ay₀ - kecepatan awal (m/s).

ay- kecepatan vertikal akhir (m/s).

H₀ - tinggi awal (m).

H- tinggi jatuh (m).

T- waktu musim gugur.

G- percepatan jatuh bebas (9,81 m/s2 di permukaan bumi).

Jika ay₀=0 dan H₀=0, kita mempunyai:

jika waktu jatuh bebas diketahui:

jika jarak jatuh bebas diketahui:

jika kecepatan akhir jatuh bebas diketahui:

Rumus ini digunakan dalam kalkulator jatuh bebas ini.

Medan gravitasi itu sendiri tidak dapat memberikan tekanan pada tubuh Anda. Oleh karena itu, jika Anda berada dalam keadaan jatuh bebas pada suatu benda besar (misalnya di dalam pesawat terbang), yang juga berada dalam keadaan ini, tidak ada gaya interaksi eksternal antara benda dan penyangga yang bekerja pada tubuh Anda dan perasaan tersebut. keadaan tanpa bobot muncul, hampir sama seperti di air.

Berbagai pesawat digunakan untuk mensimulasikan keadaan tanpa bobot: di Uni Soviet dan Rusia, pesawat produksi yang dimodifikasi Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK dan Il-76MDK digunakan untuk tujuan ini sejak tahun 1961. Di Amerika Serikat, para astronot telah berlatih sejak tahun 1959 dengan menggunakan AJ-2, C-131, KC-135, dan Boeing 727-200 yang dimodifikasi. Di Eropa, Pusat Penelitian Luar Angkasa Nasional (CNES, Prancis) menggunakan pesawat Airbus A310 untuk pelatihan gravitasi nol. Modifikasi tersebut terdiri dari modifikasi bahan bakar, hidrolik dan beberapa sistem lainnya untuk memastikan pengoperasian normal dalam kondisi tanpa bobot jangka pendek, serta memperkuat sayap sehingga pesawat dapat menahan peningkatan akselerasi (hingga 2G).

Terlepas dari kenyataan bahwa kadang-kadang ketika menggambarkan kondisi jatuh bebas selama penerbangan luar angkasa di orbit mengelilingi Bumi mereka berbicara tentang tidak adanya gravitasi, tentu saja gravitasi ada di setiap pesawat ruang angkasa. Yang hilang adalah berat, yaitu gaya reaksi tumpuan pada benda-benda di pesawat ruang angkasa, yang bergerak melintasi ruang angkasa dengan percepatan gravitasi yang sama, yaitu hanya sedikit lebih kecil dibandingkan di Bumi. Misalnya, pada orbit Bumi setinggi 350 km di mana Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) mengelilingi Bumi, percepatan gravitasinya adalah 8,8 m/s², yang hanya 10% lebih kecil dibandingkan di permukaan Bumi.

Untuk menggambarkan percepatan sebenarnya suatu benda (biasanya pesawat terbang) relatif terhadap percepatan gravitasi di permukaan bumi, biasanya digunakan istilah khusus - kelebihan muatan. Jika Anda berbaring, duduk, atau berdiri di tanah, tubuh Anda terkena gaya sebesar 1 g (yaitu, tidak ada gaya). Jika Anda berada di pesawat yang lepas landas, Anda akan merasakan gaya sekitar 1,5 g. Jika pesawat yang sama melakukan belokan dengan radius sempit yang terkoordinasi, penumpang mungkin mengalami beban hingga 2 g, yang berarti berat mereka menjadi dua kali lipat.