Ako padajú telá za normálnych podmienok. Voľný pád: objaviteľský príbeh a historický význam

Je známe, že všetky telá ponechané samy sebe padajú na Zem. Telá vyhodené nahor sa vracajú na Zem. Hovoríme, že tento pád nastáva v dôsledku gravitácie Zeme.

Ide o univerzálny jav a už len z tohto dôvodu je štúdium zákonov voľného pádu telies len pod vplyvom zemskej gravitácie mimoriadne zaujímavé. Každodenné pozorovania však ukazujú, že telesá za normálnych podmienok padajú inak. Ťažká guľa padá rýchlo, ľahký list papiera padá pomaly a po zložitej trajektórii (obr. 1.80).

Povaha pohybu, rýchlosť a zrýchlenie padajúcich telies za normálnych podmienok závisí od gravitácie telies, ich veľkosti a tvaru.

Experimenty naznačujú, že tieto rozdiely sú spôsobené pôsobením vzduchu na pohybujúce sa telesá. Tento odpor vzduchu sa využíva aj prakticky, napríklad pri zoskoku s padákom. Pád parašutistu pred a po otvorení padáka je iného charakteru. Otvorením padáka sa mení charakter pohybu, mení sa rýchlosť a zrýchlenie parašutistu.

Je samozrejmé, že takéto pohyby telies nemožno nazvať voľným pádom len vplyvom gravitácie. Ak chceme študovať voľný pád telies, musíme sa buď úplne oslobodiť od pôsobenia vzduchu, alebo aspoň nejako vyrovnať vplyv tvaru a veľkosti telies na ich pohyb.

Na túto myšlienku prišiel ako prvý veľký taliansky vedec Galileo Galilei. V roku 1583 v Pise uskutočnil prvé pozorovania vlastností voľného pádu ťažkých gúľ rovnakého priemeru, študoval zákony pohybu telies pozdĺž naklonená rovina a pohyb tiel hodených šikmo k horizontu.

Výsledky týchto pozorovaní umožnili Galileovi objaviť jeden z najdôležitejších zákonov modernej mechaniky, ktorý sa nazýva Galileov zákon: všetky telesá pod vplyvom gravitácie padajú na Zem s rovnakým zrýchlením.

Platnosť Galileovho zákona je jasne vidieť v jednoduchá skúsenosť. Do dlhej sklenenej trubice umiestnime niekoľko ťažkých peliet, ľahkých pierok a kúskov papiera. Ak umiestnite túto trubicu vertikálne, všetky tieto predmety do nej padnú inak. Ak odčerpáte vzduch z trubice, potom keď sa experiment zopakuje, rovnaké telesá padnú úplne rovnako.

Vo voľnom páde sa všetky telesá v blízkosti zemského povrchu pohybujú rovnomerným zrýchlením. Ak napríklad urobíte sériu snímok padajúcej lopty v pravidelných intervaloch, potom zo vzdialeností medzi po sebe nasledujúcimi polohami lopty môžete určiť, že pohyb bol skutočne rovnomerne zrýchlený. Meraním týchto vzdialeností je tiež jednoduché vypočítať číselnú hodnotu tiažového zrýchlenia, ktoré sa zvyčajne označuje písmenom

V rôznych bodoch zemegulečíselná hodnota tiažového zrýchlenia nie je rovnaká. Mení sa približne od pólu k rovníku. Bežne sa hodnota berie ako „normálna“ hodnota gravitačného zrýchlenia. Túto hodnotu použijeme pri riešení praktické problémy. Pri hrubých výpočtoch niekedy vezmeme hodnotu, konkrétne to stanovíme na začiatku riešenia problému.

Význam Galileovho zákona je veľmi veľký. Vyjadruje jednu z najdôležitejších vlastností hmoty a umožňuje nám pochopiť a vysvetliť mnohé črty štruktúry nášho Vesmíru.

Galileov zákon, nazývaný princíp ekvivalencie, sa stal základom všeobecnej teórie univerzálnej gravitácie (gravitácie), ktorú na začiatku nášho storočia vytvoril A. Einstein. Einstein nazval túto teóriu všeobecná teória relativity.

O dôležitosti Galileovho zákona hovorí aj fakt, že rovnosť zrýchlení v padajúcich telesách sa nepretržite a so zvyšujúcou sa presnosťou testuje už takmer štyristo rokov. Posledné najznámejšie merania patria maďarskému vedcovi Eotvosovi a sovietskemu fyzikovi V.B. Braginskému. Eötvös v roku 1912 overil rovnosť zrýchlení voľného pádu s presnosťou na ôsme desatinné miesto. V. B. Braginsky v rokoch 1970-1971 pomocou moderných elektronických zariadení overil platnosť Galileovho zákona s presnosťou na dvanáste desatinné miesto pri určovaní číselnej hodnoty.

IN Staroveké Grécko mechanické pohyby boli rozdelené na prirodzené a nútené. Pád tela na Zem sa považoval za prirodzený pohyb, za nejakú inherentnú túžbu tela „na svoje miesto“,

Podľa myšlienky najväčšieho starovekého gréckeho filozofa Aristotela (384-322 pred n. l.) čím väčšia je jeho hmotnosť, tým rýchlejšie telo padá na Zem. Tento nápad bol výsledkom primitíva životná skúsenosť: Pozorovania napríklad ukázali, že jablká a listy jabloní padajú rôznou rýchlosťou. Koncept zrýchlenia v starovekej gréckej fyzike chýbal.

Galileo sa narodil v Pise v roku 1564. Jeho otec bol talentovaný hudobník a dobrý učiteľ. Galileo do 11 rokov navštevoval školu, potom podľa vtedajšieho zvyku prebiehala jeho výchova a vzdelávanie v kláštore. Tu sa zoznámil s dielami latinských a gréckych spisovateľov.

Pod zámienkou vážnej očnej choroby sa otcovi podarilo zachrániť Galilea z múrov kláštora a dať mu dobré domáce vzdelávanie, uviesť hudobníkov, spisovateľov a umelcov do spoločnosti.

Vo veku 17 rokov vstúpil Galileo na univerzitu v Pise, kde študoval medicínu. Tu sa prvýkrát zoznámil s fyzikou starovekého Grécka, predovšetkým s dielami Aristotela, Euklida a Archimeda. Galileo sa pod vplyvom Archimedesových diel začal zaujímať o geometriu a mechaniku a opustil medicínu. Opúšťa univerzitu v Pise a štyri roky študuje matematiku vo Florencii. Tu sa objavili jeho prvé vedecké práce av roku 1589 Galileo získal katedru matematiky, najprv v Pise, potom v Padove. Počas padovského obdobia Galileovho života (1592-1610) dosiahli aktivity vedca svoj vrchol. V tejto dobe sa sformulovali zákony voľného pádu telies a princíp relativity, objavila sa izochronizmus kmitov kyvadla, vznikol ďalekohľad a množstvo senzačných astronomických objavov (reliéf Mesiaca, satelity r. Jupiter, štruktúra Mliečnej dráhy, fázy Venuše, slnečné škvrny).

V roku 1611 bol Galileo pozvaný do Ríma. Tu začal obzvlášť aktívny boj proti cirkevnému svetonázoru za schválenie novej experimentálnej metódy skúmania prírody. Galileo propaguje Kopernikov systém, čím si znepriatelí cirkev (v roku 1616 špeciálna kongregácia dominikánov a jezuitov vyhlásila Kopernikovo učenie za kacírske a jeho knihu zaradila na zoznam zakázaných kníh).

Galileo musel svoje nápady maskovať. V roku 1632 vydal úžasnú knihu „Dialóg o dvoch systémoch sveta“, v ktorej rozvíja materialistické myšlienky vo forme diskusie medzi tromi účastníkmi. „Dialóg“ však cirkev zakázala a autora postavili pred súd a 9 rokov ho považovali za „väzňa inkvizície“.

V roku 1638 sa Galileovi podarilo vydať v Holandsku knihu „Rozhovory a matematické dôkazy o dvoch nových odvetviach vedy“, ktorá zhrnula jeho dlhoročnú plodnú prácu.

V roku 1637 oslepol, ale intenzívne pokračoval vedecká práca spolu so svojimi študentmi Viviani a Torricelli. Galileo zomrel v roku 1642 a bol pochovaný vo Florencii v kostole Santa Croce vedľa Michelangela.

Galileo odmietol starogrécku klasifikáciu mechanických pohybov. Najprv predstavil koncepty rovnomerného a zrýchleného pohybu a začal študovať mechanický pohyb meraním vzdialeností a časov pohybu. Galileove pokusy s rovnomerne zrýchleným pohybom telesa po naklonenej rovine sa dodnes opakujú vo všetkých školách sveta.

Galileo venoval osobitnú pozornosť experimentálnemu štúdiu voľného pádu telies. Jeho experimenty na šikmej veži v Pise získali celosvetovú slávu. Podľa Vivianiho Galileo hodil z veže súčasne pol kilovú guľu a sto kilovú bombu. Na rozdiel od názoru. Aristotela dosiahli povrch Zeme takmer súčasne: bomba bola pred loptou len o niekoľko centimetrov. Galileo vysvetlil tento rozdiel prítomnosťou odporu vzduchu. Toto vysvetlenie bolo v tom čase zásadne nové. Faktom je, že od čias starovekého Grécka sa o mechanizme pohybu telies vytvorila nasledujúca myšlienka: pri pohybe telo zanecháva prázdnotu; príroda sa bojí prázdnoty (bol tu falošný princíp strachu z prázdnoty). Vzduch sa ponáhľa do prázdna a tlačí telo. Verilo sa teda, že vzduch telesá nespomaľuje, ale naopak zrýchľuje.

Potom Galileo odstránil ďalšiu stáročia starú mylnú predstavu. Verilo sa, že ak pohyb nie je podporovaný nejakou silou, musí sa zastaviť, aj keď neexistujú žiadne prekážky. Galileo prvýkrát sformuloval zákon zotrvačnosti. Tvrdil, že ak na teleso pôsobí sila, potom výsledok jej pôsobenia nezávisí od toho, či je teleso v pokoji alebo v pohybe. V prípade voľného pádu na telo neustále pôsobí príťažlivá sila a výsledky tohto pôsobenia sa priebežne sčítavajú, pretože podľa zákona zotrvačnosti sa raz vyvolaná akcia zachováva. Táto myšlienka je základom jeho logickej konštrukcie, ktorá viedla k zákonom voľného pádu.

Galileo určil gravitačné zrýchlenie s veľká chyba. V Dialógu uvádza, že lopta spadla z výšky 60 m za 5 sekúnd. To zodpovedá hodnote g, ktorá je takmer polovicou skutočnej hodnoty.

Galileo, prirodzene, nemohol presne určiť g, pretože nemal stopky. Presýpacie hodiny, vodné hodiny alebo kyvadlové hodiny, ktoré vynašiel, neprispeli k presnému meraniu času. Gravitačné zrýchlenie celkom presne určil až Huygens v roku 1660.

Na dosiahnutie väčšej presnosti merania hľadal Galileo spôsoby, ako znížiť rýchlosť pádu. To ho priviedlo k experimentom s naklonenou rovinou.

Metodická poznámka. Keď hovoríme o Galileovej práci, je dôležité vysvetliť študentom podstatu metódy, ktorú použil na stanovenie prírodných zákonov. Najprv uskutočnil logickú konštrukciu, z ktorej vyplývali zákony voľného pádu. Ale výsledky logickej konštrukcie je potrebné overiť skúsenosťami. Len zhoda teórie so skúsenosťou vedie k presvedčeniu o platnosti zákona. Aby ste to dosiahli, musíte merať. Galileo harmonicky spojil silu teoretického myslenia s experimentálnym umením. Ako skontrolovať zákony voľného pádu, ak je pohyb taký rýchly a neexistujú žiadne nástroje na meranie malých časových úsekov?

Galileo znižuje rýchlosť pádu pomocou naklonenej roviny. V doske bola urobená drážka, vyložená pergamenom na zníženie trenia. Pozdĺž žľabu bola vypustená leštená mosadzná guľa. Na presné meranie času pohybu prišiel Galileo s nasledujúcim. Na dne veľkej nádoby s vodou sa urobil otvor, cez ktorý tiekol tenký pramienok. Bol odoslaný do malej nádoby, ktorá bola vopred zvážená. Časové obdobie bolo merané prírastkom hmotnosti plavidla! Spustenie lopty z polovice, štvrtiny atď. d) dĺžka naklonenej roviny, Galileo zistil, že prejdené vzdialenosti sú vo vzťahu k druhej mocnine času pohybu.

Opakovanie týchto experimentov Galileo môže slúžiť ako predmet užitočná práca v školskom fyzikálnom klube.

Voľný pád je jedným z najzaujímavejších fyzikálnych javov, ktorý priťahuje pozornosť vedcov a filozofov už od staroveku. Navyše je to jeden z tých procesov, s ktorými môže experimentovať každý školák.

Aristotelov "filozofický omyl"

Prví, ktorí sa podujali na vedecké zdôvodnenie javu, ktorý je dnes známy ako voľný pád, boli starovekí filozofi. Oni, prirodzene, nerobili žiadne experimenty a experimenty, ale snažili sa to charakterizovať z hľadiska ich vlastného filozofického systému. Najmä Aristoteles tvrdil, že ťažšie telesá padajú na zem väčšou rýchlosťou, vysvetľujúc to nie fyzikálnymi zákonmi, ale iba túžbou všetkých objektov vo vesmíre po poriadku a organizácii. Je zaujímavé, že neboli predložené žiadne experimentálne dôkazy a toto tvrdenie bolo vnímané ako axióma.

Galileov príspevok k štúdiu a teoretickému zdôvodneniu voľného pádu

Stredovekí filozofi spochybňovali Aristotelov teoretický postoj. Bez toho, aby to dokázali v praxi, si boli istí, že rýchlosť, ktorou sa telesá pohybujú smerom k zemi, bez zohľadnenia vonkajších vplyvov, zostáva rovnaká. Práve z týchto pozícií veľký taliansky vedec G. Galileo zvažoval voľný pád. Po vykonaní početných experimentov dospel k záveru, že rýchlosť pohybu napríklad medených a zlatých guľôčok smerom k zemi je rovnaká. Jediná vec, ktorá bráni jeho vizuálnej inštalácii, je prítomnosť odporu vzduchu. Ale aj v tomto prípade, ak zoberiete telesá s dostatočne veľkou hmotnosťou, pristanú na povrchu našej planéty približne v rovnakom čase.

Základné princípy voľného pádu

Zo svojich experimentov urobil Galileo dva dôležité závery. Po prvé, rýchlosť pádu absolútne akéhokoľvek telesa, bez ohľadu na jeho hmotnosť a materiál, z ktorého je vyrobené, je rovnaká. Po druhé, zrýchlenie, s ktorým sa daný objekt pohybuje, zostáva konštantné, to znamená, že rýchlosť sa zvyšuje o rovnakú hodnotu počas rovnakých časových období. Následne sa tento jav nazval voľný pád.

Moderné výpočty

Avšak aj sám Galileo pochopil relatívne obmedzenia svojich experimentov. Koniec koncov, bez ohľadu na to, aké telá vzal, nedokázal zabezpečiť, aby padli zemského povrchu zároveň: v tých časoch sa nedalo bojovať s odporom vzduchu. Až s príchodom špeciálneho zariadenia, pomocou ktorého bol vzduch z rúrok úplne odčerpaný, bolo možné experimentálne dokázať, že voľný pád skutočne prebieha. V kvantitatívnom vyjadrení sa ukázalo, že je to približne 9,8 m/s^2, ale následne vedci dospeli k záveru, že táto hodnota sa líši, aj keď extrémne mierne, v závislosti od výšky objektu nad zemou, ako aj od geografických podmienok. .

Pojem a význam voľného pádu v modernej vede

V súčasnosti všetci vedci zastávajú názor, že voľný pád je fyzikálny jav spočívajúci v rovnomerne zrýchlenom pohybe telesa umiestneného v bezvzduchovom priestore smerom k povrchu zeme. V tomto prípade vôbec nezáleží na tom, či toto telo dostalo nejaké vonkajšie zrýchlenie alebo nie.

Univerzalizmus a stálosť sú najdôležitejšie charakteristiky tohto fyzikálneho javu

Univerzálnosť tohto javu spočíva v tom, že rýchlosť voľného pádu človeka alebo vtáčieho peria vo vákuu je úplne rovnaká, to znamená, že ak začnú v rovnakom čase, dostanú sa aj na povrch zeme. v rovnakom čase.

ODHALENIE ZÁKONOV VOĽNÉHO PÁDU

V starovekom Grécku boli mechanické pohyby rozdelené na prirodzené a nútené. Pád tela na Zem sa považoval za prirodzený pohyb, za nejakú inherentnú túžbu tela „na svoje miesto“,
Podľa myšlienky najväčšieho starogréckeho filozofa Aristotela (384-322 pred Kristom) telo padá na Zem tým rýchlejšie, čím je jeho hmotnosť väčšia. Táto myšlienka bola výsledkom primitívnej životnej skúsenosti: pozorovania napríklad ukázali, že jablká a listy jabloní padajú rôznou rýchlosťou. Koncept zrýchlenia v starovekej gréckej fyzike chýbal.
Prvýkrát sa veľký taliansky vedec Galileo Galilei (1564 - 1642) vyslovil proti autorite Aristotela, schválenej cirkvou.

Galileo sa narodil v Pise v roku 1564. Jeho otec bol talentovaný hudobník a dobrý učiteľ. Galileo do 11 rokov navštevoval školu, potom podľa vtedajšieho zvyku prebiehala jeho výchova a vzdelávanie v kláštore. Tu sa zoznámil s dielami latinských a gréckych spisovateľov.
Pod zámienkou ťažkej očnej choroby môjho otca zachránili. Galilea z múrov kláštora a dať mu dobré vzdelanie doma, uviesť ho do spoločnosti hudobníkov, spisovateľov, umelcov.
Vo veku 17 rokov vstúpil Galileo na univerzitu v Pise, kde študoval medicínu. Tu sa prvýkrát zoznámil s fyzikou starovekého Grécka, predovšetkým s dielami Aristotela, Euklida a Archimeda. Galileo sa pod vplyvom Archimedesových diel začal zaujímať o geometriu a mechaniku a opustil medicínu. Opúšťa univerzitu v Pise a štyri roky študuje matematiku vo Florencii. Tu sa objavili jeho prvé vedecké práce av roku 1589 Galileo získal katedru matematiky, najprv v Pise, potom v Padove. V padovskom období Galileovho života (1592 - 1610) dosiahli aktivity vedca svoj vrchol. V tejto dobe sa sformulovali zákony voľného pádu telies a princíp relativity, objavila sa izochronizmus kmitov kyvadla, vznikol ďalekohľad a množstvo senzačných astronomických objavov (topografia Mesiaca, satelity r. Jupiter, štruktúra Mliečnej dráhy, fázy Venuše, slnečné škvrny).
V roku 1611 bol Galileo pozvaný do Ríma. Tu začal obzvlášť aktívny boj proti cirkevnému svetonázoru za schválenie novej experimentálnej metódy skúmania prírody. Galileo propaguje Kopernikov systém, čím si znepriatelí cirkev (v roku 1616 špeciálna kongregácia dominikánov a jezuitov vyhlásila Kopernikovo učenie za heretické a jeho knihu zaradila na zoznam zakázaných kníh).
Galileo musel svoje nápady maskovať. V roku 1632 vydal pozoruhodnú knihu „Dialóg o dvoch svetových systémoch“, v ktorej rozvíja materialistické myšlienky formou diskusie medzi tromi účastníkmi rozhovoru. „Dialóg“ však cirkev zakázala a autora postavili pred súd a 9 rokov považovali za „väzňa inkvizície“.
V roku 1638 sa Galileovi podarilo vydať v Holandsku knihu „Rozhovory a matematické dôkazy o dvoch nových odvetviach vedy“, ktorá zhrnula jeho dlhoročnú plodnú činnosť.
V roku 1637 oslepol, no pokračoval v intenzívnej vedeckej práci spolu so svojimi študentmi Vivianim a Torricellim. Galileo zomrel v roku 1642 a bol pochovaný vo Florencii v kostole Santa Croce vedľa Michelangela.

Galileo odmietol starogrécku klasifikáciu mechanických pohybov. Najprv predstavil koncepty rovnomerného a zrýchleného pohybu a začal študovať mechanický pohyb meraním vzdialeností a časov pohybu. Galileove pokusy s rovnomerne zrýchleným pohybom telesa po naklonenej rovine sa dodnes opakujú vo všetkých školách sveta.
Galileo venoval osobitnú pozornosť experimentálnemu štúdiu voľného pádu telies. Jeho experimenty na šikmej veži v Pise získali celosvetovú slávu. Podľa Vivianiho Galileo hodil z veže súčasne pol kilovú guľu a sto kilovú bombu. Na rozdiel od Aristotelovho názoru dosiahli povrch Zeme takmer súčasne: bomba bola len niekoľko centimetrov pred loptou. Galileo vysvetlil tento rozdiel prítomnosťou odporu vzduchu. Toto vysvetlenie bolo v tom čase zásadne nové. Faktom je, že už od čias starovekého Grécka bola založená nasledujúca predstava o mechanizme pohybu tiel: pri pohybe telo zanecháva prázdnotu; príroda sa bojí prázdnoty (bol tu falošný princíp strachu z prázdnoty). Vzduch sa ponáhľa do prázdna a tlačí telo. Verilo sa teda, že vzduch telesá nespomaľuje, ale naopak zrýchľuje.
Potom Galileo odstránil ďalšiu stáročia starú mylnú predstavu. Verilo sa, že ak pohyb nie je podporovaný nejakou silou, mal by sa zastaviť, aj keď neexistujú žiadne prekážky. Galileo prvýkrát sformuloval zákon zotrvačnosti. Tvrdil, že ak na teleso pôsobí sila, potom výsledok jej pôsobenia nezávisí od toho, či je teleso v pokoji alebo v pohybe. V prípade voľného pádu na telo neustále pôsobí príťažlivá sila a výsledky tohto pôsobenia sa priebežne sčítavajú, pretože podľa zákona zotrvačnosti sa raz vyvolaná akcia zachováva. Táto myšlienka je základom jeho logickej konštrukcie, ktorá viedla k zákonom voľného pádu.
Galileo určil gravitačné zrýchlenie s veľkou chybou. V Dialógu uvádza, že lopta spadla z výšky 60 m za 5 sekúnd. To zodpovedá hodnote g, takmer dvakrát menej ako ten skutočný.
Galileo, prirodzene, nedokázal presne určiť g, lebo som nemal stopky. Presýpacie hodiny, vodné hodiny alebo kyvadlové hodiny, ktoré vynašiel, neprispeli k presnému meraniu času. Gravitačné zrýchlenie celkom presne určil až Huygens v roku 1660.
Na dosiahnutie väčšej presnosti merania hľadal Galileo spôsoby, ako znížiť rýchlosť pádu. To ho priviedlo k experimentom s naklonenou rovinou.

Metodická poznámka. Keď hovoríme o Galileovej práci, je dôležité vysvetliť študentom podstatu metódy, ktorú použil na stanovenie prírodných zákonov. Najprv uskutočnil logickú konštrukciu, z ktorej vyplývali zákony voľného pádu. Ale výsledky logickej konštrukcie je potrebné overiť skúsenosťami. Len zhoda teórie so skúsenosťou vedie k presvedčeniu o spravodlivosti zákona. Aby ste to dosiahli, musíte merať. Galileo harmonicky spojil silu teoretického myslenia s experimentálnym umením. Ako skontrolovať zákony voľného pádu, ak je pohyb taký rýchly a neexistujú nástroje na meranie malých časových úsekov.
Galileo znižuje rýchlosť pádu pomocou naklonenej roviny. V doske bola urobená drážka, vyložená pergamenom na zníženie trenia. Pozdĺž žľabu bola vypustená leštená mosadzná guľa. Na presné meranie času pohybu prišiel Galileo s nasledujúcim. Na dne veľkej nádoby s vodou sa urobil otvor, cez ktorý tiekol tenký pramienok. Bol odoslaný do malej nádoby, ktorá bola vopred zvážená. Časové obdobie bolo merané prírastkom hmotnosti plavidla! Vypustením lopty z polovice, štvrtiny atď., dĺžky naklonenej roviny, Galileo zistil, že prejdené vzdialenosti súvisia so štvorcami času pohybu.
Opakovanie týchto Galileových experimentov môže slúžiť ako predmet užitočnej práce v školskom fyzikálnom krúžku.

Voľný pád je pohyb telies len pod vplyvom zemskej gravitácie (pod vplyvom gravitácie)

V podmienkach Zeme sa pád telies považuje za podmienene voľný, pretože Keď teleso padá vo vzduchu, vždy existuje sila odporu vzduchu.

Ideálny voľný pád je možný len vo vákuu, kde nie je odpor vzduchu a bez ohľadu na hmotnosť, hustotu a tvar padajú všetky telesá rovnako rýchlo, t.j. v každom okamihu majú telesá rovnakú okamžitú rýchlosť a zrýchlenie.

Ideálny voľný pád telies v Newtonovej trubici môžete pozorovať, ak z nej pumpujete vzduch pomocou pumpy.

V ďalšom uvažovaní a pri riešení problémov zanedbávame silu trenia o vzduch a pád telies v pozemských podmienkach považujeme za ideálne voľný.

GRAVITAČNÉ ZRÝCHLENIE

Počas voľného pádu všetky telesá v blízkosti povrchu Zeme, bez ohľadu na ich hmotnosť, nadobúdajú rovnaké zrýchlenie, ktoré sa nazýva gravitačné zrýchlenie.
Symbol zrýchlenie voľného pádu - g.

Gravitačné zrýchlenie na Zemi sa približne rovná:
g = 9,81 m/s2.

Gravitačné zrýchlenie smeruje vždy do stredu Zeme.

V blízkosti povrchu Zeme sa veľkosť gravitačnej sily považuje za konštantnú, preto voľný pád telesa je pohyb telesa pod vplyvom konštantnej sily. Voľný pád je preto rovnomerne zrýchlený pohyb.

Vektor gravitácie a zrýchlenie voľného pádu, ktoré vytvára, sú vždy nasmerované rovnakým spôsobom.

Všetky vzorce pre rovnomerne zrýchlený pohyb sú použiteľné pre voľne padajúce telesá.

Veľkosť rýchlosti pri voľnom páde telesa v ľubovoľnom čase:

pohyb tela:

V tomto prípade namiesto zrýchlenia A, gravitačné zrýchlenie je zavedené do vzorcov pre rovnomerne zrýchlený pohyb g= 9,8 m/s2.

V podmienkach ideálneho pádu sa telesá padajúce z rovnakej výšky dostanú na povrch Zeme, majú rovnakú rýchlosť a strávia rovnaký čas padaním.

Pri ideálnom voľnom páde sa teleso vracia na Zem rýchlosťou rovnajúcou sa veľkosti počiatočnej rýchlosti.

Čas pádu telesa sa rovná času, keď sa pohybuje nahor od momentu hodu po úplné zastavenie v najvyššom bode letu.

Len na zemských póloch padajú telesá striktne vertikálne. Vo všetkých ostatných bodoch planéty sa trajektória voľne padajúceho telesa odchyľuje na východ v dôsledku Cariolisovej sily, ktorá vzniká v rotujúcich systémoch (t. j. je ovplyvnený vplyv rotácie Zeme okolo jej osi).

VIEŠ

AKÝ JE PÁD TIEL V SKUTOČNÝCH PODMIENKACH?

Ak strieľate z pištole kolmo nahor, potom, berúc do úvahy silu trenia so vzduchom, guľka voľne padajúca z akejkoľvek výšky nadobudne rýchlosť nie vyššiu ako 40 m/s na zem.

IN reálnych podmienkach V dôsledku prítomnosti trecej sily o vzduch sa mechanická energia telesa čiastočne premieňa na tepelnú energiu. Výsledkom je, že maximálna výška stúpania telesa sa ukáže byť menšia, než by mohla byť pri pohybe v bezvzduchovom priestore, a v ktoromkoľvek bode trajektórie počas klesania sa rýchlosť ukáže byť menšia ako rýchlosť pri stúpaní.

V prítomnosti trenia majú padajúce telesá zrýchlenie rovné g iba v počiatočnom momente pohybu. So zvyšujúcou sa rýchlosťou sa zrýchlenie znižuje a pohyb tela má tendenciu byť rovnomerný.

UROB SI SÁM

Ako sa správajú padajúce telesá v reálnych podmienkach?

Vezmite malý disk vyrobený z plastu, hrubej lepenky alebo preglejky. Vystrihnite kotúč rovnakého priemeru z obyčajného papiera. Zdvihnite ich, držte ich v rôznych rukách, do rovnakej výšky a súčasne ich uvoľnite. Ťažký disk padne rýchlejšie ako ľahký. Pri páde na každý disk pôsobia súčasne dve sily: sila gravitácie a sila odporu vzduchu. Na začiatku pádu bude výsledná gravitačná sila a sila odporu vzduchu väčšia pre teleso s väčšou hmotnosťou a zrýchlenie ťažšieho telesa bude väčšie. S rastúcou rýchlosťou telesa sa zvyšuje sila odporu vzduchu a postupne sa rovná sile gravitácie; padajúce telesá sa začínajú pohybovať rovnomerne, ale rôznymi rýchlosťami (ťažšie teleso má vyššiu rýchlosť).
Podobne ako pri pohybe padajúceho kotúča možno uvažovať aj o pohybe padajúceho parašutistu pri zoskoku z lietadla z veľkej výšky.

Ľahký papierový kotúč položte na ťažší plastový alebo preglejkový kotúč, zdvihnite ich do výšky a zároveň uvoľnite. V tomto prípade padnú súčasne. Odpor vzduchu tu pôsobí iba na ťažký spodný disk a gravitácia udeľuje telesám rovnaké zrýchlenia bez ohľadu na ich hmotnosť.

TAKMER VTIP

Parížsky fyzik Lenormand, ktorý žil v 18. storočí, si vzal obyčajné dáždniky, zaistil konce lúčov a skočil zo strechy domu. Potom, povzbudený svojím úspechom, vyrobil špeciálny dáždnik s prúteným sedadlom a ponáhľal sa dole z veže v Montpellier. Dole bol obklopený nadšenými divákmi. Ako sa volá tvoj dáždnik? Padák! - Lenormand odpovedal (doslovný preklad tohto slova z francúzštiny je „proti pádu“).

ZAUJÍMAVÉ

Ak prevŕtate Zem a hodíte tam kameň, čo sa stane s kameňom?
Kameň spadne, naberie maximálnu rýchlosť v strede dráhy, potom zotrvačnosťou preletí ďalej a dosiahne opačnú stranu Zeme a jeho konečná rýchlosť sa bude rovnať počiatočnej. Zrýchlenie voľného pádu vo vnútri Zeme je úmerné vzdialenosti od stredu Zeme. Kameň sa bude pohybovať ako závažie na pružine, podľa Hookovho zákona. Ak je počiatočná rýchlosť kameňa nulová, potom sa doba oscilácie kameňa v hriadeli rovná perióde otáčania satelitu blízko povrchu Zeme, bez ohľadu na to, ako je vykopaný rovný hriadeľ: cez stred Zeme alebo pozdĺž akejkoľvek struny.