Jak obliczyć wysokość, jeśli znana jest prędkość spadania. Maksymalna prędkość upadku. Ruch ciała rzuconego poziomo

Swobodny spadek ciała to jego ruch jednostajny, który zachodzi pod wpływem siły ciężkości. W tym momencie inne siły, które mogą działać na ciało, są albo nieobecne, albo tak małe, że ich wpływ nie jest brany pod uwagę. Na przykład, gdy skoczek spadochronowy skacze z samolotu, przez pierwsze kilka sekund po skoku spada swobodnie. Ten krótki okres czasu charakteryzuje się uczuciem nieważkości, podobnym do tego, jakiego doświadczają astronauci na pokładzie statku kosmicznego.

Historia odkrycia zjawiska

O swobodnym spadku ciała naukowcy dowiedzieli się już w średniowieczu: Albert Saksoński i Mikołaj Ores badali to zjawisko, ale niektóre ich wnioski były błędne. Argumentowali na przykład, że prędkość spadającego ciężkiego przedmiotu wzrasta wprost proporcjonalnie do przebytej odległości. W 1545 roku hiszpański uczony D. Soto skorygował ten błąd, ustalając, że prędkość spadającego ciała wzrasta proporcjonalnie do czasu, jaki upływa od początku upadku tego obiektu.

W 1590 r. włoski fizyk Galileo Galilei sformułował prawo ustalające wyraźną zależność drogi przebytej przez spadający przedmiot od czasu. Naukowcy udowodnili także, że przy braku oporu powietrza wszystkie obiekty na Ziemi spadają z tym samym przyspieszeniem, chociaż przed jego odkryciem powszechnie przyjmowano, że ciężkie obiekty spadają szybciej.

Odkryto nową ilość - przyśpieszenie swobodny spadek , który składa się z dwóch elementów: przyspieszenia grawitacyjnego i odśrodkowego. Przyspieszenie ziemskie jest oznaczone literą g i ma różne wartości dla różnych punktów globu: od 9,78 m/s 2 (wskaźnik na równiku) do 9,83 m/s 2 (wartość przyspieszenia na biegunach). Na dokładność wskaźników wpływa długość i szerokość geograficzna, pora dnia i kilka innych czynników.

Za standardową wartość g uważa się 9,80665 m/s 2 . W obliczeniach fizycznych, które nie wymagają dużej dokładności, wartość przyspieszenia przyjmuje się jako 9,81 m/s 2 . Dla ułatwienia obliczeń można przyjąć wartość g równą 10 m/s 2 .

Aby zademonstrować, jak obiekt spada zgodnie z odkryciem Galileusza, naukowcy przeprowadzili następujący eksperyment: w długiej szklanej rurce umieszcza się przedmioty o różnych masach, a z rurki wypompowuje się powietrze. Następnie rurkę odwraca się, wszystkie obiekty spadają jednocześnie na dno tuby pod wpływem grawitacji, niezależnie od ich masy.

Kiedy te same przedmioty zostaną umieszczone w dowolnym środowisku, jednocześnie z siłą grawitacji, działa na nie siła oporu, więc przedmioty, w zależności od ich masy, kształtu i gęstości, będą spadać w różnym czasie.

Wzory do obliczeń

Istnieją wzory, za pomocą których można obliczyć różne wskaźniki związane ze swobodnym spadkiem. Używają następujących legenda:

ty- prędkość końcowa, z jakim porusza się badane ciało, m/s;
h to wysokość, z której porusza się badane ciało, m;
t to czas ruchu badanego ciała, s;
g - przyspieszenie (wartość stała równa 9,8 m/s 2).

Wzór na obliczenie drogi przebytej przez spadający obiekt przy znanej prędkości końcowej i czasie spadania: h = ut /2.

Wzór na obliczenie drogi przebytej przez spadający przedmiot przy stałej wartości g i czasie: h = gt 2 /2.

Wzór na określenie prędkości spadającego obiektu na końcu upadku przy znanym czasie spadania: u = gt.

Wzór na obliczenie prędkości obiektu w chwili jego upadku, jeśli znana jest wysokość, z której spada badany obiekt: u = √2 gh.

Jeśli nie zagłębisz się w wiedza naukowa, potoczna definicja swobodnego ruchu oznacza ruch ciała w atmosferze ziemskiej, na który nie wpływają żadne zewnętrzne czynniki poza oporem otaczającego powietrza i grawitacją.

Wolontariusze w różnych momentach rywalizują ze sobą, próbując ustanowić życiowy rekord. W 1962 roku spadochroniarz doświadczalny z ZSRR Evgeniy Andreev ustanowił rekord, który został wpisany do Księgi Rekordów Guinnessa: skacząc ze spadochronem w swobodnym spadku, pokonał odległość 24 500 m, nie używając podczas skoku spadochronu hamującego.

W 1960 roku Amerykanin D. Kittinger wykonał skok ze spadochronem z wysokości 31 tys. m, ale korzystając z układu hamulcowego spadochronu.

W 2005 roku zanotowano rekordową prędkość podczas swobodnego spadania – 553 km/h, a siedem lat później ustanowiono nowy rekord – prędkość tę zwiększono do 1342 km/h. Rekord ten należy do austriackiego skoczka spadochronowego Felixa Baumgartnera, znanego na całym świecie ze swoich niebezpiecznych akrobacji.

Wideo

Obejrzyj ciekawy i edukacyjny film, który opowie Ci o prędkości spadających ciał.

Co to jest spadek swobodny? Jest to upadek ciał na Ziemię przy braku oporu powietrza. Inaczej mówiąc, wpadnięcie w próżnię. Oczywiście brak oporu powietrza to próżnia, której na Ziemi nie można znaleźć normalne warunki. Dlatego nie będziemy brać pod uwagę siły oporu powietrza, uznając ją za tak małą, że można ją pominąć.

Przyśpieszenie grawitacyjne

Przeprowadzając swoje słynne eksperymenty na Krzywej Wieży w Pizie, Galileo Galilei odkrył, że wszystkie ciała, niezależnie od ich masy, spadają na Ziemię w ten sam sposób. Oznacza to, że dla wszystkich ciał przyspieszenie grawitacyjne jest takie samo. Według legendy naukowiec zrzucił wówczas z wieży kule o różnych masach.

Przyśpieszenie grawitacyjne

Przyspieszenie grawitacyjne to przyspieszenie, z jakim wszystkie ciała spadają na Ziemię.

Przyspieszenie ziemskie wynosi około 9,81 m s 2 i jest oznaczone literą g. Czasami, gdy dokładność nie jest zasadniczo ważna, przyspieszenie grawitacyjne zaokrągla się do 10 m s 2.

Ziemia nie jest idealną kulą i w różnych punktach powierzchni Ziemi, w zależności od współrzędnych i wysokości nad poziomem morza, wartość g jest różna. Zatem największe przyspieszenie grawitacyjne występuje na biegunach (≈ 9,83 m s 2), a najmniejsze na równiku (≈ 9,78 m s 2).

Ciało swobodnego spadania

Spójrzmy na prosty przykład swobodnego spadania. Niech jakieś ciało spadnie z wysokości h z zerową prędkością początkową. Powiedzmy, że podnieśliśmy fortepian na wysokość h i spokojnie go wypuściliśmy.

Swobodny spadek - ruch prostoliniowy ze stałym przyspieszeniem. Skierujmy oś współrzędnych z punktu początkowego położenia ciała na Ziemię. Stosowanie wzorów kinematyki dla prostoliniowości ruch jednostajnie przyspieszony, można zapisać.

godz = v 0 + sol t 2 2 .

Ponieważ prędkość początkowa wynosi zero, przepisujemy:

Stąd znajdujemy wyrażenie na czas upadku ciała z wysokości h:

Biorąc pod uwagę, że v = g t, wyznaczamy prędkość ciała w chwili spadania, czyli prędkość maksymalną:

v = 2 godz sol · sol = 2 godz sol .

Podobnie możemy rozważyć ruch ciała rzuconego pionowo w górę z określoną prędkością początkową. Na przykład rzucamy piłkę do góry.

Niech oś współrzędnych będzie skierowana pionowo w górę od punktu rzucenia ciała. Tym razem ciało porusza się równie wolno, tracąc prędkość. W najwyższy punkt prędkość ciała wynosi zero. Korzystając ze wzorów kinematycznych możemy napisać:

Podstawiając v = 0, znajdujemy czas, po jakim ciało wzniesie się na maksymalną wysokość:

Czas opadania pokrywa się z czasem wznoszenia, a ciało powróci na Ziemię po t = 2 v 0 g.

Maksymalna wysokość podnoszenia ciała rzuconego pionowo:

Przyjrzyjmy się poniższemu obrazkowi. Przedstawia wykresy prędkości ciała dla trzech przypadków ruchu z przyspieszeniem a = - g. Rozważmy każdy z nich, zaznaczając to wcześniej w w tym przykładzie wszystkie liczby są zaokrąglone i przyjmuje się, że przyspieszenie ziemskie wynosi 10 m s 2.

Pierwszy wykres przedstawia ciało spadające z określonej wysokości bez prędkości początkowej. Czas opadania tp = 1 s. Ze wzorów i wykresu łatwo wynika, że wysokość, z której spadło ciało, wynosi h = 5 m.

Drugi wykres przedstawia ruch ciała rzuconego pionowo w górę z prędkością początkową v 0 = 10 m s. Maksymalna wysokość podnoszenia h = 5 m. Czas narastania i opadania t p = 1 s.

Trzeci wykres jest kontynuacją pierwszego. Spadające ciało odbija się od powierzchni, a jego prędkość gwałtownie zmienia znak na przeciwny. Dalszy ruch ciała można rozważyć zgodnie z drugim wykresem.

Problem swobodnego spadania ciała jest ściśle powiązany z problemem ruchu ciała rzuconego pod pewnym kątem do horyzontu. Zatem ruch po trajektorii parabolicznej można przedstawić jako sumę dwóch niezależnych ruchów względem osi pionowej i poziomej.

Wzdłuż osi O Y ciało porusza się ruchem jednostajnym z przyspieszeniem g, prędkość początkowa tego ruchu wynosi v 0 y. Ruch wzdłuż osi O X jest jednostajny i prostoliniowy, z prędkością początkową v 0 x.

Warunki ruchu wzdłuż osi O X:

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

Warunki ruchu wzdłuż osi O Y:

y 0 = 0; v 0 y = v 0 sin α ; za y = - sol .

Podajmy wzory na ruch ciała rzuconego pod kątem do poziomu.

Czas lotu ciała:

t = 2 v 0 grzech α sol .

Zasięg lotu ciała:

L = v 0 2 grzech 2 α sol .

Maksymalny zasięg lotu osiąga się przy kącie α = 45°.

L m za x = v 0 2 sol .

Maksymalna wysokość podnoszenia:

godz = v 0 2 grzech 2 α 2 sol .

Należy pamiętać, że w warunkach rzeczywistych ruch ciała rzuconego pod kątem do horyzontu może odbywać się po trajektorii odmiennej od parabolicznej ze względu na opór powietrza i wiatru. Badanie ruchu ciał wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną to nauka szczególna - balistyka.

Jeśli zauważysz błąd w tekście, zaznacz go i naciśnij Ctrl+Enter

W mechanice klasycznej nazywa się stan obiektu poruszającego się swobodnie w polu grawitacyjnym swobodny spadek. Jeśli obiekt wpadnie do atmosfery, działa na niego dodatkowa siła oporu, a jego ruch zależy nie tylko od przyspieszenia grawitacyjnego, ale także od jego masy, Przekrój i inne czynniki. Jednakże na ciało spadające w próżni działa tylko jedna siła, a mianowicie grawitacja.

Przykładami swobodnego spadania są statki kosmiczne i satelity niska orbita okołoziemska, ponieważ jedyną siłą działającą na nie jest grawitacja. Planety krążące wokół Słońca również spadają swobodnie. Przedmioty spadające na ziemię z małą prędkością można również uznać za spadające swobodnie, ponieważ w tym przypadku opór powietrza jest znikomy i można go pominąć. Jeżeli jedyną siłą działającą na ciała jest grawitacja i nie ma oporu powietrza, przyspieszenie jest takie samo dla wszystkich ciał i jest równe przyspieszeniu grawitacyjnemu na powierzchni Ziemi 9,8 metra na sekundę na sekundę (m/s²) lub 32,2 stopy na sekundę na sekundę (ft/s²). Na powierzchni innych ciał astronomicznych przyspieszenie grawitacyjne będzie inne.

Spadochroniarze mówią oczywiście, że zanim spadochron się otworzy, następuje swobodny spadek, ale tak naprawdę spadochroniarz nigdy nie będzie w stanie swobodnego spadania, nawet jeśli spadochron się jeszcze nie otworzył. Tak, na spadochroniarza w „spadku swobodnym” działa siła grawitacji, ale działa na niego także siła odwrotna – opór powietrza, a siła oporu powietrza jest tylko nieznacznie mniejsza od siły ciężkości.

Gdyby nie było oporu powietrza, prędkość ciała w swobodnym spadku wzrastałaby o 9,8 m/s na sekundę.

Prędkość i odległość swobodnie spadającego ciała oblicza się w następujący sposób:

w₀ - prędkość początkowa (m/s).

w- końcowa prędkość pionowa (m/s).

H₀ - wysokość początkowa (m).

H- wysokość upadku (m).

T- czas opadania (y).

G- przyspieszenie swobodnego spadania (9,81 m/s2 na powierzchni Ziemi).

Jeśli w₀=0 i H₀=0, mamy:

jeśli znany jest czas swobodnego spadania:

jeśli znana jest odległość swobodnego spadania:

jeśli znana jest końcowa prędkość swobodnego spadania:

Wzory te są używane w tym kalkulatorze swobodnego spadania.

Podczas swobodnego spadania, gdy nie ma siły utrzymującej ciało, nieważkość. Nieważkość to brak sił zewnętrznych działających na ciało z podłogi, krzesła, stołu i innych otaczających obiektów. Inaczej mówiąc, wspierać siły reakcji. Zazwyczaj siły te działają w kierunku prostopadłym do powierzchni styku z podporą, a najczęściej pionowo w górę. Nieważkość można porównać do pływania w wodzie, ale w taki sposób, że skóra nie czuje wody. Każdy zna to uczucie własnego ciężaru, gdy po długiej kąpieli w morzu schodzi się na brzeg. Właśnie dlatego podczas szkolenia kosmonautów i astronautów wykorzystuje się baseny wodne do symulowania stanu nieważkości.

Samo pole grawitacyjne nie jest w stanie wytworzyć nacisku na Twoje ciało. Więc jeśli jesteś w wolnym miejscu, wpadnij duży obiekt(na przykład w samolocie), który również znajduje się w tym stanie, na Twoje ciało nie ma żadnego wpływu siły zewnętrzne powstaje interakcja ciała z podporą i uczucie nieważkości, prawie takie samo jak w wodzie.

Samolot do szkolenia w warunkach zerowej grawitacji przeznaczony do tworzenia krótkotrwałej nieważkości w celu szkolenia kosmonautów i astronautów, a także do przeprowadzania różnych eksperymentów. Samoloty tego typu były i są obecnie w użyciu w kilku krajach. Przez krótkie okresy czasu, trwające około 25 sekund na każdą minutę lotu, samolot znajduje się w stanie nieważkości, co oznacza, że nie ma żadnej reakcji podłoża na pasażerów.

Do symulacji nieważkości wykorzystywano różne samoloty: w ZSRR i Rosji od 1961 roku wykorzystywano do tego celu zmodyfikowane samoloty produkcyjne Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK i Ił-76MDK. W Stanach Zjednoczonych astronauci szkolą się od 1959 roku na zmodyfikowanych samolotach AJ-2, C-131, KC-135 i Boeingach 727-200. W Europie Centrum Narodowe badanie przestrzeni kosmicznej(CNES, Francja) wykorzystuje samolot Airbus A310 do szkoleń przy zerowej grawitacji. Modyfikacja polega na modyfikacji układów paliwowego, hydraulicznego i niektórych innych w celu zapewnienia ich normalnej pracy w warunkach krótkotrwałej nieważkości, a także wzmocnieniu skrzydeł, aby samolot mógł wytrzymać zwiększone przyspieszenia (do 2G).

Pomimo tego, że czasami przy opisywaniu warunków swobodnego spadania podczas lot w kosmos na orbicie okołoziemskiej mówią o braku grawitacji; oczywiście grawitacja jest obecna w każdym statku kosmicznym. Brakuje ciężaru, czyli siły reakcji podparcia na znajdujące się w nim obiekty statek kosmiczny, które poruszają się w przestrzeni z tym samym przyspieszeniem grawitacyjnym, tylko nieznacznie mniejszym niż na Ziemi. Na przykład na niskiej orbicie okołoziemskiej na wysokości 350 km, w której znajduje się Międzynarodówka stacja Kosmiczna(ISS) lata wokół Ziemi, przyspieszenie grawitacyjne wynosi 8,8 m/s², czyli tylko o 10% mniej niż na powierzchni Ziemi.

Aby opisać rzeczywiste przyspieszenie obiektu (zwykle samolot) w odniesieniu do przyspieszenia swobodnego spadania na powierzchnię Ziemi zwykle używa się specjalnego określenia - przeciążać. Jeśli leżysz, siedzisz lub stoisz na ziemi, na twoje ciało działa siła 1 g (to znaczy nie ma jej). Jeśli lecisz samolotem, odczujesz około 1,5 G. Jeśli ten sam samolot wykona skoordynowany zakręt o małym promieniu, pasażerowie mogą doświadczyć obciążenia do 2 g, co oznacza, że ich waga podwoi się.

Ludzie są przyzwyczajeni do życia w warunkach bez przeciążeń (1 g), więc każde przeciążenie ma silny wpływ na ludzki organizm. Podobnie jak w laboratoryjnym samolocie o zerowej grawitacji, w którym wszystkie systemy transportu płynów muszą zostać zmodyfikowane, aby działały prawidłowo w warunkach zerowego, a nawet ujemnego g, ludzie również potrzebują pomocy i podobnych „modyfikacji”, aby przetrwać w takich warunkach. Osoba nieprzeszkolona może stracić przytomność przy przeciążeniu 3-5 g (w zależności od kierunku przeciążenia), ponieważ takie przeciążenie wystarczy, aby pozbawić mózg tlenu, ponieważ serce nie jest w stanie dostarczyć mu wystarczającej ilości krwi. Pod tym względem piloci wojskowi i astronauci szkolą się w wirówkach warunkach dużego przeciążenia aby zapobiec utracie przytomności w ich trakcie. Aby zapobiec krótkotrwałej utracie wzroku i przytomności, która w warunkach pracy może być śmiertelna, piloci, kosmonauci i astronauci noszą kombinezony kompensujące wysokość, które ograniczają przepływ krwi z mózgu podczas przeciążenia, zapewniając równomierne ciśnienie w całym ciele powierzchni ludzkiego ciała.

Wziął dwie szklane rurki, zwane rurkami Newtona, i wypompował z nich powietrze (ryc. 1). Następnie zmierzył czas opadania w tych rurkach ciężkiej piłki i lekkiego piórka. Okazało się, że spadają w tym samym czasie.

Widzimy, że jeśli usuniemy opór powietrza, to nic nie powstrzyma spadania ani piórka, ani piłki – będą spadać swobodnie. To właśnie ta właściwość stała się podstawą definicji swobodnego spadania.

Swobodny spadek to ruch ciała tylko pod wpływem grawitacji, przy braku innych sił.

Jak wygląda swobodne spadanie? Jeśli podniesiesz jakiś przedmiot i puścisz go, prędkość obiektu ulegnie zmianie, co oznacza, że ruch zostanie przyspieszony, nawet równomiernie przyspieszony.

Galileo Galilei po raz pierwszy stwierdził i udowodnił, że swobodny spadek ciał jest równomiernie przyspieszany. Zmierzył przyspieszenie, z jakim poruszają się takie ciała, nazywa się to przyspieszeniem ziemskim i wynosi około 9,8 m/s 2.

Zatem swobodny spadek szczególny przypadek ruch jednostajnie przyspieszony. Oznacza to, że wszystkie otrzymane równania obowiązują dla tego ruchu:

dla rzutowania prędkości: V x = V 0x + a x t

dla rzutu przemieszczenia: S x = V 0x t + a x t 2 /2

określenie położenia ciała w dowolnym momencie: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x oznacza, że nasz ruch jest prostoliniowy, wzdłuż osi x, którą tradycyjnie wybieraliśmy poziomo.

Jeśli ciało porusza się pionowo, zwykle oznacza się oś y i otrzymujemy (ryc. 2):

Ryż. 2. Pionowy ruch ciała ()

Równania przyjmują następującą, absolutnie identyczną postać, gdzie g jest przyspieszeniem swobodnego spadania, h jest przemieszczeniem wysokości. Te trzy równania opisują sposób rozwiązania głównego problemu mechaniki w przypadku swobodnego spadania.

Ciało wyrzucono pionowo w górę z prędkością początkową V 0 (rys. 3). Znajdźmy wysokość, na jaką zostanie rzucone ciało. Zapiszmy równanie ruchu tego ciała:

Ryż. 3. Przykładowe zadanie ()

Znajomość najprostszych równań pozwoliła nam znaleźć wysokość, na jaką możemy rzucić ciało.

Wielkość przyspieszenia grawitacyjnego zależy od szerokości geograficznej obszaru; jest maksymalna na biegunach i minimalna na równiku. Ponadto przyspieszenie swobodnego spadania zależy od składu skorupa Ziemska pod miejscem, w którym jesteśmy. Jeśli występują złoża minerałów ciężkich, wartość g będzie nieco większa, jeśli będą tam puste przestrzenie, to będzie nieco mniejsza. Metoda ta jest stosowana przez geologów do określania złóż ciężkich rud lub gazów, ropy naftowej i nazywa się to grawimetrią.

Jeżeli chcemy dokładnie opisać ruch ciała spadającego na powierzchnię Ziemi, to musimy pamiętać, że nadal występuje opór powietrza.

Paryski fizyk Lenormand w XVIII wieku, po przymocowaniu końcówek drutów do zwykłego parasola, skoczył z dachu domu. Zachęcony swoim sukcesem wykonał specjalny parasol z siedziskiem i skoczył z wieży w mieście Montelier. Swój wynalazek nazwał spadochronem, co w tłumaczeniu z francuskiego oznacza „przeciwupadkowy”.

Galileo Galilei jako pierwszy wykazał, że czas upadku ciała na Ziemię nie zależy od jego masy, ale zależy od cech samej Ziemi. Jako przykład przytoczył dyskusję na temat upadku ciała o określonej masie w pewnym okresie czasu. Kiedy to ciało zostanie podzielone na dwie identyczne połowy, zaczną one spadać, ale jeśli prędkość opadania ciała i czas opadania zależą od masy, to powinny spadać wolniej, ale jak? Przecież ich całkowita masa się nie zmieniła. Dlaczego? Może jedna połowa zapobiega upadkowi drugiej połowy? Dochodzimy do sprzeczności, co oznacza, że założenie, że prędkość spadania zależy od masy ciała, jest niesłuszne.

W ten sposób dochodzimy do właściwej definicji swobodnego spadania.

Swobodny spadek to ruch ciała tylko pod wpływem grawitacji. Na ciało nie działają żadne inne siły.

Przyzwyczailiśmy się do posługiwania się wartością przyspieszenia grawitacyjnego wynoszącą 9,8 m/s 2 , jest to wartość najwygodniejsza dla naszej fizjologii. Wiemy, że przyspieszenie grawitacyjne będzie się różnić w zależności od położenia geograficznego, ale zmiany te są nieistotne. Jakie wartości przyjmuje przyspieszenie grawitacyjne na innych? ciała niebieskie Oh? Jak przewidzieć, czy dana osoba będzie mogła tam wygodnie mieszkać? Przypomnijmy wzór na swobodny spadek (ryc. 4):

Ryż. 4. Tabela przyspieszenia swobodnego spadania na planetach ()

Im masywniejsze jest ciało niebieskie, im większe jest przyspieszenie swobodnego spadania na nie, tym trudniej jest znaleźć się na nim ciało ludzkie. Znając przyspieszenie grawitacyjne na różnych ciałach niebieskich, możemy wyznaczyć średnią gęstość tych ciał niebieskich, a znając średnią gęstość, możemy przewidzieć, z czego te ciała są zbudowane, czyli określić ich budowę.

Rzecz w tym, że pomiar przyspieszenia grawitacyjnego w różnych punktach Ziemi jest potężną metodą eksploracji geologicznej. W ten sposób, bez kopania dołów, bez wiercenia studni czy kopalń, można określić obecność minerałów w grubości skorupy ziemskiej. Pierwsza metoda polega na pomiarze przyspieszenia ziemskiego za pomocą geologicznych wag sprężynowych, które charakteryzują się fenomenalną czułością, sięgającą milionowych części grama (ryc. 5).

Drugi sposób polega na zastosowaniu bardzo dokładnego wahadła matematycznego, gdyż znając okres drgań wahadła, można obliczyć przyspieszenie swobodnego spadania: im krótszy okres, tym większe przyspieszenie swobodnego spadania. Oznacza to, że mierząc przyspieszenie grawitacyjne w różnych punktach Ziemi za pomocą bardzo precyzyjnego wahadła, można zobaczyć, czy stało się ono większe, czy mniejsze.

Jaka jest norma dotycząca wielkości przyspieszenia grawitacyjnego? Globus nie jest idealną kulą, ale geoidą, czyli lekko spłaszczoną na biegunach. Oznacza to, że na biegunach wartość przyspieszenia ziemskiego będzie większa niż na równiku, na równiku jest ona minimalna, ale jednocześnie szerokość geograficzna powinno być tak samo. Oznacza to, że mierząc przyspieszenie grawitacyjne w różnych punktach tej samej szerokości geograficznej, możemy na podstawie jego zmiany ocenić obecność niektórych skamieniałości. Metodę tę nazywa się eksploracją grawimetryczną, dzięki niej odkryto złoża ropy naftowej w Kazachstanie Zachodnia Syberia.

Obecność minerałów, złóż substancji ciężkich czy pustek może wpływać nie tylko na wielkość przyspieszenia ziemskiego, ale także na jego kierunek. Jeśli zmierzysz przyspieszenie grawitacyjne w pobliżu duże góry, to to masywne ciało będzie miało wpływ na kierunek przyspieszenia swobodnego spadania, ponieważ będzie przyciągało także wahadło matematyczne, czyli metodę, za pomocą której mierzymy przyspieszenie swobodnego spadania.

Bibliografia

Tikhomirova SA, Yavorsky B.M. Fizyka (poziom podstawowy) - M.: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizyka, klasa 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizyka - 9, Moskwa, Edukacja, 1990.

Praca domowa

Jakim rodzajem ruchu jest swobodne spadanie?
Jakie są cechy swobodnego spadania?
Jakie doświadczenie pokazuje, że wszystkie ciała na Ziemi spadają z tym samym przyspieszeniem?

Portal internetowy Class-fizika.narod.ru ().
Portal internetowy Nado5.ru ().
Portal internetowy Fizika.in ().

W mechanice klasycznej nazywa się stan obiektu poruszającego się swobodnie w polu grawitacyjnym swobodny spadek. Jeśli obiekt wpadnie do atmosfery, podlega dodatkowej sile oporu, a jego ruch zależy nie tylko od przyspieszenia grawitacyjnego, ale także od jego masy, przekroju i innych czynników. Jednakże na ciało spadające w próżni działa tylko jedna siła, a mianowicie grawitacja.

Przykładami swobodnego spadania są statki kosmiczne i satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej, ponieważ jedyną siłą działającą na nie jest grawitacja. Planety krążące wokół Słońca również spadają swobodnie. Przedmioty spadające na ziemię z małą prędkością można również uznać za spadające swobodnie, ponieważ w tym przypadku opór powietrza jest znikomy i można go pominąć. Jeżeli jedyną siłą działającą na ciała jest grawitacja i nie ma oporu powietrza, przyspieszenie jest takie samo dla wszystkich ciał i jest równe przyspieszeniu grawitacyjnemu na powierzchni Ziemi 9,8 metra na sekundę na sekundę (m/s²) lub 32,2 stopy na sekundę na sekundę (ft/s²). Na powierzchni innych ciał astronomicznych przyspieszenie grawitacyjne będzie inne.

Gdyby nie było oporu powietrza, prędkość ciała w swobodnym spadku wzrastałaby o 9,8 m/s na sekundę.

Prędkość i odległość swobodnie spadającego ciała oblicza się w następujący sposób:

w₀ - prędkość początkowa (m/s).

w- końcowa prędkość pionowa (m/s).

H₀ - wysokość początkowa (m).

H- wysokość upadku (m).

T- czas opadania (y).

G- przyspieszenie swobodnego spadania (9,81 m/s2 na powierzchni Ziemi).

Jeśli w₀=0 i H₀=0, mamy:

jeśli znany jest czas swobodnego spadania:

jeśli znana jest odległość swobodnego spadania:

jeśli znana jest końcowa prędkość swobodnego spadania:

Wzory te są używane w tym kalkulatorze swobodnego spadania.

Samo pole grawitacyjne nie jest w stanie wytworzyć nacisku na Twoje ciało. Dlatego też, jeśli znajdujesz się w stanie swobodnego spadania na duży obiekt (np. w samolocie), który również znajduje się w tym stanie, na Twoje ciało nie działają żadne zewnętrzne siły oddziaływania pomiędzy ciałem a podporą i pojawia się uczucie powstaje nieważkość, prawie taka sama jak w wodzie.

Do symulacji nieważkości wykorzystywano różne samoloty: w ZSRR i Rosji od 1961 roku wykorzystywano do tego celu zmodyfikowane samoloty produkcyjne Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK i Ił-76MDK. W Stanach Zjednoczonych astronauci szkolą się od 1959 roku na zmodyfikowanych samolotach AJ-2, C-131, KC-135 i Boeingach 727-200. W Europie Narodowe Centrum Badań Kosmicznych (CNES, Francja) wykorzystuje samolot Airbus A310 do szkoleń w stanie nieważkości. Modyfikacja polega na modyfikacji układów paliwowego, hydraulicznego i niektórych innych w celu zapewnienia ich normalnej pracy w warunkach krótkotrwałej nieważkości, a także wzmocnieniu skrzydeł, aby samolot mógł wytrzymać zwiększone przyspieszenia (do 2G).

Pomimo tego, że czasami opisując warunki swobodnego spadania podczas lotu kosmicznego na orbicie okołoziemskiej mówi się o braku grawitacji, oczywiście, że grawitacja jest obecna w każdym statku kosmicznym. Brakuje masy, czyli siły reakcji podporowej na obiekty w statku kosmicznym, które poruszają się w przestrzeni z tym samym przyspieszeniem grawitacyjnym, tylko nieznacznie mniejszym niż na Ziemi. Na przykład na orbicie okołoziemskiej o wysokości 350 km, na której Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) okrąża Ziemię, przyspieszenie grawitacyjne wynosi 8,8 m/s², czyli tylko o 10% mniej niż na powierzchni Ziemi.

Aby opisać rzeczywiste przyspieszenie obiektu (najczęściej samolotu) w stosunku do przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni Ziemi, zwykle używa się specjalnego terminu - przeciążać. Jeśli leżysz, siedzisz lub stoisz na ziemi, na twoje ciało działa siła 1 g (to znaczy nie ma jej). Jeśli lecisz samolotem, odczujesz około 1,5 G. Jeśli ten sam samolot wykona skoordynowany zakręt o małym promieniu, pasażerowie mogą doświadczyć obciążenia do 2 g, co oznacza, że ich waga podwoi się.