Свободно падане на тяло
осми клас * 1 ядро  
Free fall of body [фрий фол ъв боди]
Free fall of body

 

  Свободно падане на тяло
       
 

Ако пуснем от една и съща височина да падат сачма и лист хартия ще забележим, че движението на двете тела се извършва по различен начин. Сачмата пада много по - бързо от листа хартия. Затова не е за учудване, че в древността и средновековието хората са вярвали, че тежките тела падат по - бързо към Земята. Хилядолетия господствало схващането на древногръцкия философ Аристотел, че по - тежките тела падат по - бързо към Земята. Голямата заслуга на Галилео Галилей е, че в резултат на изследванията си върху падането на телата, при което той използвал и прочутата наклонена кула в Пиза, достигнал до важното обобщение, че ако се отстрани напълно съпротивлението на въздуха, всички тела ще падат свободно от еднаква височина за един и същ интервал време. Тези негови обобщения са една от причините през 1592 г. да го изгонят от университета в Пиза, защото повечето от професорите по това време вярвали на твърденията на Аристотел отпреди 2000 години, отколкото на опита и наблюдението и се надсмивали на смелите за онова време заключения на младия учен.

И действително, ако повторим нашия опит. но този път направим от хартиеното листче стегнато книжно топче, сачмата и топчето ще паднат почти едновременно.

Още по - убедителен по отношение на голямото значение на въздушното съпротивление за движението на телата ще бъде следният опит, който в много от училищните кабинети по физика може да се направи. Нека в една стъклена тръба, единият край на която е затворен са поставени сачма и пухено перце. Другият край на тръбата също е затворен, но завършва с кранче. Когато тръбата е пълна с въздух, при бързо обръщане на тръбата на 180°, сачмата и перцето падат по различен начин - сачмата пада по - бързо от перцето. Ако изпомпим въздуха от тръбата и затворим кранчето. след обръщане на тръбата, сачмата и перцето падат едновременно на дъното на тръбата. Можем да заключим, че в безвъздушно пространство телата падат еднакво бързо.

Когато говорим за свободно падане на телата, ние трябва да имаме предвид падането на телата в безвъздушно пространство. Съпротивлението на въздуха обаче, може да се пренебрегне в някои случаи. Към тях спада най - вече падането на малки по размери тела, с относително голяма маса (сачми, камъни, метални парчета), които се движат със сравнително малка скорост, т.е. те падат от неголяма височина.

Падането на телата в безвъздушно пространство или когато съпротивлението на въздуха може да се пренебрегне, се нарича свободно падане на телата.

Както вече знаете, Галилей стигнал до извода, че ако пренебрегнем силата на триенето и съпротивлението на въздуха, всички тела падат с едно и също ускорение. Днес, когато експериментаторите имат съвършени инструменти за измерване на разстояния и интервали време, изводът на Галилей много лесно се потвърждава.

Ускорението при свободното падане се нарича още земно ускорение и се означава с g. То се дължи единствено на взаимното привличане между падащото тяло и Земята. Чрез точни измервания и пресмятания е установено, че големината на земното ускорение зависи от географската ширина и по - слабо от надморската височина.

Най-голямо е земното ускорение на полюсите (9, 83 m/s2) и най-малко - на екватора (9,78 m/s2). На средни географски ширини, на които се намира и България, то има стойност 9,81 m/s2. В зависимост от поставената задача стойността на земното ускорение се използва с различна точност. Докато при решаването на задачи в часовете по физика можем да използваме стойността 9,8 m/s2, а понякога дори и 10 m/s2, то при научни и практически задачи се използва стойността g = 9,80665 m/s2, която е определена за морско равнище и 45° северна географска ширина от Международния комитет за мерки и теглилки.

Свободното падане е равноускорително движение без начална скорост, чието ускорение е g, а траекторията му е отвесна права линия.

Следователно формулите за скоростта и пътя при равноускорителното движение са в сила и при свободното падане на телата, като ускорението а се замести с g, а изминатият път вместо с s, може да се означи с h.

Закон за скоростта при свободно падане: v =gt (1)

Закон за пътя при свободно падане: h = gt2/2 (2)

От (1) и (2), като изключим времето t, получаваме зависимостите h = v2/2g (3) и v2 = 2gh (4), които ще ви вършат много полезна работа при решаване на задачи.

Големината на земното ускорение характеризира гравитационното взаимодействие на Земята с телата около нея. Ускорението на свободното падане е характеристика на всяко небесно тяло. На различните небесни тела ускорението при свободното падане има различна стойност. На Луната то е 1,6 m/s2, на Слънцето 247 m/s2, на Марс е 3,7 m/s2, а на Юпитер има стойност 25 m/s2.