Mislite, da bodo pero, plastična steklenica in kovanec, padli s strehe, dosegli tla hkrati? Lahko izvedete ta poskus in se prepričate, da bo kovanec pristal prvi, steklenica drugi, pero pa bo dolgo bingljalo v zraku in morda sploh ne bo doseglo tal, če ga dvigne in odnese nenaden vetrič.
Ali so prosto padajoča telesa res tako prosta?
Skladno s tem sklepamo, da prosti pad teles ne upošteva nobenega pravila in vsi predmeti padajo na tla na svoj način. Tu se, kot pravijo, pravljica konča, vendar nekateri fiziki na tem niso počivali in so predlagali, da lahko na prosti pad teles vpliva sila zračnega upora in zato takšnih eksperimentalnih rezultatov ni mogoče šteti za dokončne.
Vzeli so dolgo stekleno cev in vanjo položili pero, kroglico, lesen zamašek in kovanec. Nato so cev zamašili, iz nje izčrpali zrak in jo obrnili na glavo. In potem so bile odkrite naravnost neverjetne stvari.
Vsi predmeti so skupaj poleteli po cevi in hkrati pristali. Dolgo časa so se tako zabavali, se smejali, šalili, obračali cev in bili presenečeni, dokler niso nenadoma ugotovili, da v odsotnosti sil zračnega upora vsi predmeti enakomerno padajo na tla.
Poleg tega se je izkazalo, da se vsi predmeti med prostim padom premikajo pospešeno. Seveda je bila želja ugotoviti, čemu je ta pospešek enak.
Nato so s posebnimi fotografijami izmerili položaj prosto padajočega telesa ob odsotnosti zračnega upora ob različnih časih in ugotovili, da je bila velikost pospeška padca v vseh primerih enaka. Je približno 9,8 m/s^2.
Pospešek prostega pada: bistvo in formule
Ta vrednost je enaka za telesa katere koli mase, oblike in velikosti. Ta količina se je imenovala gravitacijski pospešek in za njeno označevanje je bila dodeljena posebna črka, črka g (zhe) latinske abecede.
g je vedno enak 9,8 m/s^2. Strogo gledano je decimalnih mest več, a za večino izračunov zadostuje ta približek. Po potrebi se za natančnejše izračune upošteva natančnejša vrednost.
Prosti pad teles opisujejo enake formule za hitrost in premik kot vse druge enakomerno pospešeno gibanje:
v=a*t in s=((v^2) - (v_0^2)) / 2*a ali s= a*(t^2) / 2, če je začetna hitrost telesa nič, samo namesto vrednosti pospeška a vzemite vrednost g. In potem formule dobijo obliko:
v = g*t, s =((v^2)-(v_0^2))/2*g ali s = g*(t^2)/2 (če je v_0 = 0),
kjer je v končna hitrost, v_0 začetna hitrost, s premik, t čas, g pospešek prostega pada.
Sklep, da prosti pad katerega koli telesa poteka na enak način, se na prvi pogled zdi absurden z vidika vsakdanjih izkušenj. Toda v resnici je vse pravilno in logično. Le navidezno nepomemben zračni upor pri mnogih padajočih telesih se izkaže za precej opaznega in zato močno upočasni njihov padec.
Prosti pad je gibanje teles samo pod vplivom zemeljske gravitacije (pod vplivom gravitacije)
V zemeljskih razmerah se padec teles šteje za pogojno prost, ker Ko telo pade v zrak, vedno obstaja sila zračnega upora.
Idealen prosti pad je možen le v vakuumu, kjer ni zračnega upora, ne glede na maso, gostoto in obliko pa vsa telesa padajo enako hitro, torej imajo v vsakem trenutku enake trenutne hitrosti in pospeške.
Idealen prosti pad teles v Newtonovi cevi lahko opazimo, če iz nje črpamo zrak s črpalko.
Pri nadaljnjem sklepanju in reševanju nalog zanemarjamo silo trenja z zrakom in smatramo padanje teles v zemeljskih razmerah za idealno prosto.
GRAVITACIJSKI POSPEŠEK
Med prostim padom dobijo vsa telesa blizu površja Zemlje, ne glede na maso, enak pospešek, ki ga imenujemo gravitacijski pospešek.
Simbol pospešek prostega pada - g.
Gravitacijski pospešek na Zemlji je približno enak:
g = 9,81 m/s2.
Gravitacijski pospešek je vedno usmerjen proti središču Zemlje.
V bližini površine Zemlje velja, da je velikost gravitacijske sile konstantna, zato je prosti pad telesa gibanje telesa pod vplivom stalne sile. Prosti pad je torej enakomerno pospešeno gibanje.
Vektor gravitacije in pospešek prostega pada, ki ga ustvarja, sta vedno usmerjena na enak način.
Vse formule za enakomerno pospešeno gibanje veljajo za prosto padajoča telesa.
Velikost hitrosti med prostim padom telesa kadar koli:
gibanje telesa:
V tem primeru namesto pospeševanja A, gravitacijski pospešek vpeljemo v formule za enakomerno pospešeno gibanje g=9,8 m/s2.
V pogojih idealnega padca telesa, ki padajo z enake višine, dosežejo površino Zemlje z enakimi hitrostmi in porabijo enak čas za padanje.
Pri idealnem prostem padu se telo vrne na Zemljo s hitrostjo, ki je enaka velikosti začetne hitrosti.
Čas padca telesa je enak času, ko se premika navzgor od trenutka meta do popolne ustavitve na najvišji točki leta.
Le na Zemljinih polih telesa padajo strogo navpično. V vseh drugih točkah planeta se tir prosto padajočega telesa odkloni proti vzhodu zaradi Cariolisove sile, ki nastane v rotacijskih sistemih (tj. vpliva na vpliv vrtenja Zemlje okoli svoje osi).
ALI VEŠ
KAJ JE PADEC TELES V REALNIH RAZMERAH?
Če streljate s pištolo navpično navzgor, bo ob upoštevanju sile trenja z zrakom krogla, ki prosto pada s katere koli višine, pri tleh pridobila hitrost največ 40 m/s.
V realnih razmerah se zaradi prisotnosti sile trenja proti zraku mehanska energija telesa delno pretvori v toplotno energijo. Posledično se izkaže, da je največja višina dviga telesa manjša, kot bi lahko bila pri gibanju v brezzračnem prostoru, in na kateri koli točki poti med spuščanjem se hitrost izkaže za manjšo od hitrosti pri vzponu.
Ob prisotnosti trenja imajo padajoča telesa pospešek g samo v začetnem trenutku gibanja. Z naraščanjem hitrosti se pospešek zmanjšuje, gibanje telesa pa teži k enakomernemu gibanju.
NAREDI SAMI
Kako se padajoča telesa obnašajo v realnih razmerah?
Vzemite majhen disk iz plastike, debelega kartona ali vezanega lesa. Iz navadnega papirja izrežite disk enakega premera. Dvignite jih, držite jih v različnih rokah, na isto višino in jih hkrati sprostite. Težka plošča bo padla hitreje kot lahka. Pri padcu na vsak disk istočasno delujeta dve sili: sila težnosti in sila zračnega upora. Na začetku padanja bosta pri telesu z večjo maso rezultanta teže in sila zračnega upora večji, pospešek težjega telesa pa večji. S povečevanjem hitrosti telesa se povečuje sila zračnega upora in se postopoma izenači s silo težnosti; padajoča telesa se začnejo premikati enakomerno, vendar različno hitro (težje telo ima večjo hitrost).
Podobno kot gibanje padajočega diska lahko obravnavamo gibanje padalca, ki pada, ko skoči iz letala z velike višine.
Na težjo plastično ali vezano ploščo položite lahek papirnati disk, ju dvignite v višino in ju hkrati sprostite. V tem primeru bodo padli hkrati. Pri tem zračni upor deluje le na težki spodnji disk, gravitacija pa daje telesom enake pospeške, ne glede na njihovo maso.
SKORAJ ŠALA
Pariški fizik Lenormand, ki je živel v 18. stoletju, je vzel navadne dežne dežnike, pritrdil konce naper in skočil s strehe hiše. Nato je opogumljen z uspehom izdelal poseben dežnik s pletenim sedežem in se pognal s stolpa v Montpellieru. Spodaj so ga obkrožali navdušeni gledalci. Kako je ime tvojemu dežniku? padalo! - je odgovoril Lenormand (dobesedni prevod te besede iz francoščine je "proti padcu").
ZANIMIVO
Če vrtate skozi Zemljo in vržete kamen tja, kaj se bo zgodilo s kamnom?
Kamen bo padel in dosegel največjo hitrost na sredini poti, nato pa po vztrajnosti poletel naprej in dosegel nasprotno stran Zemlje, njegova končna hitrost pa bo enaka začetni. Pospešek prostega pada znotraj Zemlje je sorazmeren z razdaljo do središča Zemlje. Kamen se bo po Hookovem zakonu premikal kot utež na vzmeti. Če je začetna hitrost kamna enaka nič, potem je obdobje nihanja kamna v gredi enako obdobju vrtenja satelita blizu površine Zemlje, ne glede na to, kako je ravna gred izkopana: skozi sredino Zemlje ali vzdolž katere koli tetive.
Navodila
Višino, s katere telo pade, pretvorite v enote SI – metre. Pospešek prostega pada je v priročniku že pretvorjen v enote tega sistema - metre, deljene s sekundami. Za Zemljo v srednjem pasu je 9,81 m/s 2 . V pogojih nekaterih težav so navedeni drugi planeti, na primer Luna (1,62 m/s2), Mars (3,86 m/s2). Če sta obe začetni količini podani v enotah SI, bo rezultat v enotah istega sistema - sekundah. In če stanje kaže na telesno težo, ga ignorirajte. Ta podatek tukaj ni potreben, lahko ga navedete, da preverite, kako dobro poznate.
Če želite pasti, pomnožite višino z dva, delite s pospeškom zaradi gravitacije in nato izvlecite kvadratni koren rezultata:
t=√(2h/g), kjer je t čas, s; h - višina, m; g - pospešek prostega pada, m/s 2 .
Naloga lahko zahteva iskanje dodatnih podatkov, na primer o tem, kakšna je bila hitrost telesa v trenutku, ko se je dotaknilo tal ali na določeni višini od njih. Na splošno izračunajte hitrost tako:
Tu so uvedene nove spremenljivke: v - hitrost, m/s in y - višina, kjer želite izvedeti hitrost padajočega telesa, m. Jasno je, da ko je h = y (to je v začetnem trenutku padec) je hitrost enaka nič, in ko je y = 0 (v trenutku dotika tal, tik preden se telo ustavi), lahko formulo poenostavimo:
Ko se telo že dotakne tal in se telo ustavi, je hitrost njegovega padca spet enaka nič (če seveda ne odskoči in ponovno odskoči).
Za zmanjšanje udarne sile po koncu prostega pada se uporabljajo padala. Na začetku je padec prost in poteka v skladu z zgornjimi enačbami. Nato se padalo odpre in zaradi zračnega upora pride do gladkega pojemka, ki ga zdaj ne moremo zanemariti. Vzorci, opisani z zgornjimi enačbami, ne veljajo več in nadaljnje zmanjševanje višine poteka počasi.
Mars je četrti po oddaljenosti od Sonca in sedmi po velikosti planetov solarni sistem. Ime je dobil v čast starorimskega boga vojne. včasih Mars imenovan rdeči planet: rdečkast odtenek površini daje železov oksid, ki ga vsebuje prst.
Boste potrebovali
- Amaterski teleskop ali močan daljnogled
Navodila
Spopad med Zemljo in Mars A
Ko je Zemlja točno med Soncem in Mars ohm, tj. pri najmanjši razdalji 55,75 milijona km se to razmerje imenuje opozicija. Ob istem času Mars je v smeri nasproti Sonca. Takšna soočenja se ponavljajo vsakih 26 mesecev na različnih koncih Zemlje in Mars A. To so najugodnejši trenutki za opazovanje rdeče v amaterskih teleskopih. Enkrat na 15-17 let pride do velikih spopadov: razdalja do Mars a minimalno, sam pa doseže največjo kotno velikost in svetlost. Zadnji veliki obračun je bil 29. januarja 2010. Naslednji bo 27.7.2018.
Pogoji opazovanja
Če imate amaterski teleskop, poiščite Mars na nebu v soočenjih. Podrobnosti o površini so na voljo za opazovanje le v teh obdobjih, ko doseže kotni premer planeta največja vrednost. Velik amaterski teleskop razkriva številne zanimive podrobnosti o površju planeta, sezonski razvoj polarnih kap Mars in tudi znake marsovskih prašnih neviht. Skozi majhen teleskop lahko vidite " temne lise"na površini planeta. Vidite lahko tudi polarne kape, a le med velikimi spopadi. Veliko je odvisno od izkušenj z opazovanjem in atmosferskih razmer. Torej, večja kot je opazovalna izkušnja, manjši je lahko teleskop za "lovljenje" Mars in podrobnosti njegove površine. Pomanjkanje izkušenj se ne nadomesti vedno z dragimi in močan teleskop.
Kje iskati
zvečer in Mars viden v rdeče-oranžni svetlobi, sredi noči pa v rumeni. Leta 2011 Mars na nebu lahko opazujemo do konca novembra. Do avgusta je planet v ozvezdju Dvojčka, ki je na severnem nebu. Z Mars viden v ozvezdju Raka. Nahaja se med ozvezdjema Leva in Dvojčka.
Opomba
Če je izkušnja z opazovanjem majhna, morate počakati na obdobje nasprotovanja.
Viri:
- Mars leta 2019
- Mars skozi teleskop leta 2019
Da bi našli pospešek prost pade, spustite dokaj težko telo, po možnosti kovinsko, z določene višine in zabeležite čas pade, nato uporabite formulo za izračun pospešek prost pade. Ali izmerite gravitacijsko silo, ki deluje na telo z znano maso, in vrednost sile delite s to maso. Je lahko uporabljen matematično nihalo.
Boste potrebovali
- elektronska in navadna štoparica, kovinsko ohišje, tehtnica, dinamometer in matematično nihalo.
Navodila
Iskanje pospeška prost pade prosto padajoče telo Vzemite kovinsko telo in ga pritrdite na nosilec na nekem, kar takoj izmerite v metrih. Ustavite posebno platformo spodaj. Nosilec in platformo pritrdite na elektronsko štoparico. Višina mora biti izbrana tako, da je mogoče doseči odpornost. Priporočljivo je, da izberete višine od 2 do 4 m, po tem odklopite telo iz nosilca, zaradi česar bo začelo prosto padati. Ko dosežete ploščad, bo štoparica zabeležila čas pade V. Nato vrednost višine delite s časovno vrednostjo in rezultat pomnožite z 2. Dobite vrednost pospeška prost pade v m/s2.
Iskanje pospeška prost pade skozi silo Izmerite telesno težo v kilogramih na tehtnici z visoko natančnostjo. Nato vzemite dinamometer in nanj obesite to telo. Toda pokazal bo vrednost gravitacije v Newtonih. Nato vrednost gravitacije delite s svojo telesno težo. Kot rezultat boste dobili pospešek prost pade.
Iskanje pospeška prost pade z uporabo matematičnega Vzemite matematično nihalo (telo, ki visi na dovolj dolgi niti) in ga pripravite do nihanja, pri čemer ste najprej izmerili niti v metrih. Vklopite štoparico in preštejte določeno število tresljajev ter zabeležite čas v sekundah, v katerem so bili proizvedeni. Nato število nihanj delite s časom v sekundah in dobljeno številko povečajte na sekundo. Nato to pomnožite z dolžino nihala in številom 39,48. Kot rezultat dobimo pospešek prost pade.
Za določitev moč odpornost zrak ustvariti pogoje, v katerih se začne telo pod vplivom gravitacije gibati enakomerno in linearno. Izračunajte vrednost gravitacije, ta bo enaka sili zračnega upora. Če se telo premika v zraku in pridobiva hitrost, njegovo uporno silo ugotovimo z Newtonovimi zakoni, silo zračnega upora pa tudi z zakonom o ohranitvi mehanske energije in posebnimi aerodinamičnimi formulami.
Prosti pad- To je gibanje telesa samo pod vplivom gravitacije.
Na padajoče telo v zraku poleg sile težnosti deluje tudi sila zračnega upora, zato takšno gibanje ni prosti pad. Prosti pad je padanje teles v vakuumu.
Pospešek, ki ga daje telesu gravitacija, se imenuje pospešek prostega pada. Kaže, koliko se spremeni hitrost prosto padajočega telesa na časovno enoto.
Pospešek prostega pada je usmerjen navpično navzdol.
ustanovil Galileo Galilei ( Galilejev zakon): vsa telesa padajo na površje Zemlje pod vplivom gravitacije brez uporovnih sil z enakim pospeškom, tj. gravitacijski pospešek ni odvisen od mase telesa.
To lahko preverite z uporabo Newtonove cevi ali stroboskopske metode.
Newtonova cev je približno 1 m dolga steklena cev, katere en konec je zaprt, drugi pa opremljen z zaporno pipo (slika 25).
Slika 25
V cev postavimo tri različne predmete, na primer pelet, zamašek in ptičje pero. Nato hitro obrnite cev. Vsa tri telesa bodo padla na dno cevi, vendar drugačen čas: najprej pelet, nato pluta in na koncu pero. Toda tako padajo telesa, ko je v cevi zrak (slika 25, a). Takoj, ko izčrpamo zrak in ponovno obrnemo cev, bomo videli, da bodo vsa tri telesa padla hkrati (slika 25, b).
V kopenskih razmerah je g odvisen od geografska širina teren.
Najvišja vrednost ima g=9,81 m/s 2 na polu, najmanjšo na ekvatorju g=9,75 m/s 2 . Razlogi za to:
1) dnevna rotacija Zemlje okoli svoje osi;
2) odstopanje oblike Zemlje od sferične;
3) heterogena porazdelitev gostote zemeljskih kamnin.
Pospešek prostega pada je odvisen od višine h telesa nad površino planeta. Če zanemarimo rotacijo planeta, jo lahko izračunamo po formuli:
Kje G- gravitacijska konstanta, M- masa planeta, R- polmer planeta.
Kot izhaja iz zadnje formule, se z naraščajočo višino telesa nad površino planeta pospešek prostega pada zmanjšuje. Če zanemarimo rotacijo planeta, potem na površini planeta s polmerom R
Za opis lahko uporabite formule za enakomerno pospešeno gibanje:
enačba hitrosti:
kinematična enačba, ki opisuje prosti pad teles: 
,
ali v projekciji na os 
.
Gibanje telesa, vrženega navpično
Prosto padajoče telo se lahko giblje premočrtno ali vzdolž ukrivljena trajektorija. Odvisno je od začetnih pogojev. Oglejmo si to podrobneje.
Prosti pad brez začetne hitrosti ( =0) (slika 26).
Z izbranim koordinatnim sistemom opisujemo gibanje telesa z enačbami: 
.
Iz zadnje formule lahko najdete čas, ko telo pade z višine h:
Če nadomestimo najdeni čas v formulo za hitrost, dobimo modul hitrosti telesa v trenutku padca: .
Gibanje telesa, vrženega navpično navzgor z začetno hitrostjo (slika 27)
Sl.26 Sl.27
Gibanje telesa opisujejo enačbe:
Iz enačbe hitrosti je razvidno, da se telo giblje enakomerno počasi navzgor in sega maksimalna višina, nato pa se enakomerno pospešeno premika navzdol. Če upoštevamo, da je pri y=hmax hitrost in v trenutku, ko telo doseže začetni položaj y=0, lahko ugotovimo:
Čas za dvig telesa na največjo višino;
Največja višina dviga telesa;
čas letenja telesa;
Projekcija hitrosti v trenutku, ko telo doseže začetni položaj.
Gibanje telesa, vrženega vodoravno
Če hitrost ni usmerjena navpično, bo gibanje telesa krivuljasto.
Oglejmo si gibanje telesa, vrženega vodoravno z višine h s hitrostjo (slika 28). Zračni upor bomo zanemarili. Za opis gibanja je potrebno izbrati dve koordinatni osi - Ox in Oy. Izhodišče koordinat je združljivo z začetnim položajem telesa. Iz slike 28 je razvidno, da , , , .
Slika 28
Takrat bo gibanje telesa opisano z enačbami:
Analiza teh formul pokaže, da v vodoravni smeri hitrost telesa ostane nespremenjena, tj. telo se giblje enakomerno. V navpični smeri se telo giblje enakomerno s pospeškom g, tj. tako kot telo, ki prosto pada brez začetne hitrosti. Poiščimo enačbo trajektorije. Da bi to naredili, iz enačbe (3) najdemo čas
Prosti pad je gibanje predmetov navpično navzdol ali navpično navzgor. To je enakomerno pospešeno gibanje, vendar njegova posebna vrsta. Za to gibanje veljajo vse formule in zakoni enakomerno pospešenega gibanja.
Če telo leti navpično navzdol, potem pospešuje, v tem primeru vektor hitrosti (usmerjen navpično navzdol) sovpada z vektorjem pospeška. Če telo leti navpično navzgor, se upočasni, v tem primeru vektor hitrosti (usmerjen navzgor) ne sovpada s smerjo pospeška. Vektor pospeška pri prostem padu je vedno usmerjen navpično navzdol.
Pospešek pri prostem padu teles je stalna vrednost.
To pomeni, da ne glede na to, katero telo leti gor ali dol, se bo njegova hitrost spremenila enako. VENDAR z enim opozorilom, če lahko silo zračnega upora zanemarimo.
Pospešek zaradi gravitacije je običajno označen s črko, ki ni pospešek. Toda gravitacijski pospešek in pospešek sta eno in isto fizikalna količina in imajo enako fizični pomen. Enakopravno sodelujejo v formulah za enakomerno pospešeno gibanje.
V formulah pišemo znak "+", ko telo leti navzdol (pospešuje), znak "-" - ko telo leti navzgor (upočasnjuje)
Iz šolskih učbenikov fizike vsi vedo, da v vakuumu kamenček in pero letita enako. Le malo ljudi pa razume, zakaj telesa v vakuumu različne teže zemljišča hkrati. Kar koli že rečemo, ne glede na to, ali so v vakuumu ali v zraku, je njihova masa različna. Odgovor je preprost. Sila, zaradi katere telesa padajo (gravitacija), ki jo povzroča gravitacijsko polje Zemlje, je za ta telesa drugačna. Za kamen je večji (ker ima kamen večjo maso), za pero pa manjši. Vendar odvisnosti ni: večja kot je sila, večji je pospešek! Primerjajmo, z enako močjo delujemo na težko omarico in lahko nočno omarico. Pod vplivom te sile se bo nočna omarica premikala hitreje. In da se omara in nočna omarica premikata enako, je treba na omaro vplivati močneje kot na nočno omarico. Zemlja počne enako. Težja telesa privlači z večjo silo kot lažja. In te sile so porazdeljene med masami tako, da vse hkrati padejo v vakuum, ne glede na maso.
Ločeno razmislimo o nastajajočem zračnem uporu. Vzemimo dva enaka lista papirja. Eno od njih bomo pomečkali in jih hkrati spustili. Zmečkan list bo prej padel na tla. Pri tem različni časi padanja niso povezani s telesno težo in gravitacijo, ampak so posledica zračnega upora.
Predstavljajte si telo, ki pada z določene višine h brez začetne hitrosti. Če je koordinatna os OU usmerjena navzgor, pri čemer je izvor koordinat poravnan s površjem Zemlje, dobimo glavne značilnosti tega gibanja.
Telo, vrženo navpično navzgor, se giblje enakomerno s težnim pospeškom. V tem primeru sta vektorja hitrosti in pospeška usmerjena v nasprotni smeri, modul hitrosti pa se s časom zmanjšuje.
POMEMBNO! Ker sta dvig telesa na največjo višino in kasnejši padec na nivo tal absolutno simetrični gibi (z enakim pospeškom, le eden počasnejši in drugi pospešeno), bo hitrost, s katero telo pristane, enaka hitrosti s katerim ga je vrglo navzgor. V tem primeru bo čas, ko se telo dvigne na največjo višino, enak času, ko telo pade s te višine na nivo tal. Tako bo celoten čas letenja dvojni čas vzpona ali padca. Tudi hitrost telesa na isti ravni pri dvigovanju in spuščanju bo enaka.
