احسب سرعة سقوط كتلة الجسم. السقوط الحر للجثث. تسارع الجاذبية

من المعروف أن كوكب الأرض يجذب أي جسم إلى صميمه بمساعدة ما يسمى مجال الجاذبية. هذا يعني أنه كلما زادت المسافة بين الجسم وسطح كوكبنا ، زاد تأثيره عليه ، وكلما زاد وضوحه.

الجسم الذي يسقط رأسيًا لأسفل لا يزال يتأثر بالقوة المذكورة أعلاه ، والتي بسببها سيسقط الجسم بالتأكيد لأسفل. يبقى السؤال ، ما هي سرعته عند سقوطه؟ من ناحية ، يتأثر الجسم بمقاومة الهواء ، وهي قوية جدًا ، ومن ناحية أخرى ، ينجذب الجسم بقوة أكبر إلى الأرض ، كلما ابتعد عنها. من الواضح أن الأول سيكون عقبة ويقلل السرعة ، والثاني سيعطي التسارع ويزيد السرعة. وهكذا يطرح سؤال آخر: هل السقوط الحر ممكن في ظل الظروف الأرضية؟ بالمعنى الدقيق للكلمة ، الأجسام ممكنة فقط في الفراغ ، حيث لا توجد تداخلات في شكل مقاومة لتدفق الهواء. ومع ذلك ، في إطار الفيزياء الحديثة ، يعتبر السقوط الحر للجسم حركة عمودية لا تواجه أي تداخل (يمكن إهمال مقاومة الهواء في هذه الحالة).

الشيء هو أنه من الممكن بشكل مصطنع فقط خلق ظروف حيث لا تؤثر القوى الأخرى ، على وجه الخصوص ، نفس الهواء ، على الجسم الساقط. تجريبيًا ، ثبت أن سرعة السقوط الحر للجسم في الفراغ تساوي دائمًا نفس الرقم ، بغض النظر عن وزن الجسم. تسمى هذه الحركة متسارعة بشكل موحد. تم وصفه لأول مرة من قبل الفيزيائي والفلكي الشهير جاليليو جاليلي منذ أكثر من 4 قرون. لم تفقد أهمية هذه الاستنتاجات قوتها حتى يومنا هذا.

كما ذكرنا سابقًا ، فإن السقوط الحر لجسد في إطار الحياة اليومية هو اسم مشروط وليس صحيحًا تمامًا. في الواقع ، فإن سرعة السقوط الحر لأي جسم ليست موحدة. يتحرك الجسم بالتسارع ، والذي من أجله توصف هذه الحركة بأنها حالة خاصة حركة متسارعة بشكل موحد.بمعنى آخر ، ستتغير سرعة الجسم في كل ثانية. مع وضع هذا التحذير في الاعتبار ، يمكننا إيجاد سرعة السقوط الحر للجسم. إذا لم نعطِ الجسم تسارعًا (أي أننا لا نرميها ، بل نخفضها ببساطة من ارتفاع) ، فإن سرعتها الأولية ستساوي صفرًا: Vo = 0. مع كل ثانية ، ستزداد السرعة بما يتناسب مع التسارع: gt.

من المهم التعليق على إدخال المتغير g هنا. هذا هو تسارع السقوط الحر. في وقت سابق ، لاحظنا بالفعل وجود التسارع عندما يقع الجسم في ظروف طبيعية ، أي في وجود الهواء وتحت تأثير الجاذبية. يسقط أي جسم على الأرض بعجلة تساوي 9.8 م / ث 2 ، بغض النظر عن كتلته.

الآن ، مع وضع هذا التحفظ في الاعتبار ، نشتق معادلة تساعد في حساب سرعة السقوط الحر للجسم:

أي ، للسرعة الأولية (إذا أعطيناها للجسم عن طريق الرمي أو الدفع أو أي معالجات أخرى) ، نضيف المنتج بعدد الثواني التي استغرقها الجسم للوصول إلى السطح. إذا كانت السرعة الأولية تساوي صفر ، فإن الصيغة تصبح:

هذا هو ببساطة نتاج تسارع السقوط الحر والوقت.

وبالمثل ، بمعرفة سرعة السقوط الحر لجسم ما ، يمكن للمرء أن يشتق وقت حركته أو السرعة الأولية.

يجب أيضًا التمييز بين صيغة حساب السرعة ، لأنه في هذه الحالة ستعمل القوى التي تعمل على إبطاء سرعة الجسم الذي تم إلقاؤه تدريجيًا.

في الحالة التي نظرنا إليها ، فقط قوة الجاذبية ومقاومة تدفقات الهواء تؤثر على الجسم ، والتي ، بشكل عام ، لا تؤثر على التغيير في السرعة.

أخذ أنبوبين زجاجيين ، كانا يسميان أنابيب نيوتن ، وضخ الهواء منها (الشكل 1). ثم قاس وقت سقوط كرة ثقيلة وريشة خفيفة في هذه الأنابيب. اتضح أنهم يسقطون في نفس الوقت.

نرى أنه إذا أزلنا مقاومة الهواء ، فلن يمنع أي شيء الريش أو الكرة من السقوط - فسوف يسقطان بحرية. هذه الخاصية هي التي شكلت الأساس لتعريف السقوط الحر.

السقوط الحر هو حركة الجسم فقط تحت تأثير الجاذبية ، في غياب تأثير القوى الأخرى.

ما هو السقوط الحر؟ إذا التقطت أي شيء وحررته ، فستتغير سرعة الجسم ، مما يعني أن الحركة تتسارع ، بل وتتسارع بشكل موحد.

لأول مرة يتم فيها تسريع السقوط الحر للأجساد بشكل موحد ، صرح جاليليو جاليلي وأثبت ذلك. قام بقياس التسارع الذي تتحرك به هذه الأجسام ، ويسمى تسارع السقوط الحر ، ويبلغ حوالي 9.8 م / ث 2.

وبالتالي ، فإن السقوط الحر هو حالة خاصة للحركة المتسارعة بشكل منتظم. ومن ثم ، بالنسبة لهذه الحركة ، فإن جميع المعادلات التي تم الحصول عليها صحيحة:

لإسقاط السرعة: V x \ u003d V 0x + a x t

لإسقاط الحركة: S x \ u003d V 0x t + a x t 2/2

تحديد موضع الجسم في أي وقت: x (t) = x 0 + V 0x t + a x t 2/2

x تعني أن لدينا حركة مستقيمة ، على طول المحور x ، والتي اخترناها بشكل أفقي تقليديًا.

إذا كان الجسم يتحرك عموديًا ، فمن المعتاد تحديد المحور y وسنحصل على (الشكل 2):

أرز. 2. الحركة العمودية للجسم ()

تأخذ المعادلات الشكل التالي المتطابق تمامًا ، حيث g هي تسارع السقوط الحر ، و h هي الإزاحة في الارتفاع. تصف هذه المعادلات الثلاث كيفية حل المشكلة الرئيسية للميكانيكا في حالة السقوط الحر.

يُلقى الجسم عموديًا لأعلى بسرعة ابتدائية V 0 (الشكل 3). أوجد الارتفاع الذي أُلقي عليه الجسم. نكتب معادلة حركة هذا الجسم:

أرز. 3. مثال المهمة ()

سمحت لنا معرفة أبسط المعادلات بإيجاد الارتفاع الذي يمكننا رمي الجسم عليه.

يعتمد حجم تسارع السقوط الحر على خط العرض الجغرافي للمنطقة ، وعند القطبين يكون الحد الأقصى وعند خط الاستواء هو الحد الأدنى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تسارع السقوط الحر يعتمد على تكوين القشرة الأرضية تحت المكان الذي نتواجد فيه. إذا كانت هناك رواسب من المعادن الثقيلة ، فستكون قيمة g أعلى قليلاً ، وإذا كانت هناك فراغات ، فستكون أقل قليلاً. يستخدم الجيولوجيون هذه الطريقة لتحديد رواسب الخامات الثقيلة أو الغازات والنفط وتسمى قياس الجاذبية.

إذا أردنا وصف حركة الجسم الساقط على سطح الأرض بدقة ، فيجب أن نتذكر أن مقاومة الهواء لا تزال موجودة.

قام الفيزيائي الباريسي لينورماند في القرن الثامن عشر ، بعد أن ثبت نهايات السماعات على مظلة عادية ، بالقفز من سطح المنزل. وبتشجيع من نجاحه صنع مظلة خاصة بمقعد وقفز من برج في مدينة مونتيلييه. أطلق على اختراعه اسم المظلة ، والتي تعني بالفرنسية "ضد السقوط".

كان جاليليو جاليلي أول من أظهر أن وقت سقوط الجسم على الأرض لا يعتمد على كتلته ، بل يتحدد بخصائص الأرض نفسها. كمثال ، استشهد بحجة حول سقوط جسم بكتلة معينة خلال فترة زمنية. عندما ينقسم هذا الجسم إلى نصفين متطابقين ، فإنهما يبدأان في السقوط ، لكن إذا كانت سرعة سقوط الجسم ووقت السقوط يعتمدان على الكتلة ، فعندئذ ينبغي أن يسقطوا بشكل أبطأ ، ولكن كيف؟ بعد كل شيء ، لم يتغير مجموع كتلتها. لماذا ا؟ ربما نصف يمنع النصف الآخر من السقوط؟ نصل إلى تناقض ، مما يعني أن الافتراض بأن معدل السقوط يعتمد على كتلة الجسم غير عادل.

لذلك ، نصل إلى التعريف الصحيح للسقوط الحر.

السقوط الحر هو حركة الجسم تحت تأثير الجاذبية فقط. لا توجد قوى أخرى تؤثر على الجسد.

لقد اعتدنا على استخدام قيمة تسارع الجاذبية البالغة 9.8 م / ث 2 ، وهذه هي القيمة الأكثر ملاءمة لعلم وظائف الأعضاء لدينا. نحن نعلم أن تسارع الجاذبية سيختلف حسب الموقع الجغرافي ، لكن هذه التغييرات لا تذكر. ما هي قيم تسارع السقوط الحر على الأجرام السماوية الأخرى؟ كيف تتنبأ ما إذا كان الوجود المريح لشخص ما ممكنًا هناك؟ أذكر معادلة السقوط الحر (الشكل 4):

أرز. 4. جدول تسارع السقوط الحر على الكواكب ()

كلما زادت كتلة الجسم السماوي ، زاد تسارع السقوط الحر عليه ، واستحالة حقيقة وجود جسم بشري عليه. بمعرفة تسارع السقوط الحر على مختلف الأجرام السماوية ، يمكننا تحديد متوسط كثافة هذه الأجرام السماوية ، ومعرفة متوسط الكثافة ، يمكننا التنبؤ بما تتكون منه هذه الأجرام ، أي تحديد هيكلها.

نحن نتحدث عن حقيقة أن قياسات تسارع السقوط الحر في نقاط مختلفة على الأرض هي أقوى طريقة للاستكشاف الجيولوجي. بهذه الطريقة ، بدون حفر الآبار ، لا اقتحام الآبار ، المناجم ، من الممكن تحديد وجود المعادن في سمك القشرة الأرضية. الطريقة الأولى هي قياس تسارع الجاذبية بمساعدة موازين الزنبرك الجيولوجية ، فهي تتمتع بحساسية هائلة تصل إلى جزء من المليون من الجرام (الشكل 5).

الطريقة الثانية هي بمساعدة البندول الرياضي الدقيق للغاية ، لأنه بمعرفة فترة تذبذب البندول ، يمكنك حساب تسارع السقوط الحر: كلما كانت الفترة أصغر ، زاد تسارع السقوط الحر. هذا يعني أنه من خلال قياس تسارع السقوط الحر في نقاط مختلفة على الأرض باستخدام بندول دقيق للغاية ، يمكنك معرفة ما إذا كان قد أصبح أكبر أو أصغر.

ما هو المعيار لمقدار تسارع السقوط الحر؟ إن الكرة الأرضية ليست كرة مثالية ، ولكنها جيويد ، أي أنها مفلطحة قليلاً عند القطبين. هذا يعني أن قيمة تسارع السقوط الحر في القطبين ستكون أكبر منها عند خط الاستواء ، وعند خط الاستواء تكون في حدها الأدنى ، ولكن في نفس خط العرض الجغرافي يجب أن تكون هي نفسها. هذا يعني أنه من خلال قياس تسارع السقوط الحر عند نقاط مختلفة ضمن نفس خط العرض ، يمكننا الحكم من خلال تغييره على وجود حفريات معينة. تسمى هذه الطريقة بالتنقيب عن طريق الجاذبية ، والتي بفضلها تم اكتشاف رواسب النفط في كازاخستان وغرب سيبيريا.

يمكن أن يؤثر وجود المعادن أو رواسب المواد الثقيلة أو الفراغات ليس فقط على حجم تسارع السقوط الحر ، ولكن أيضًا على اتجاهه. إذا قمنا بقياس تسارع الجاذبية بالقرب من جبل كبير ، فإن هذا الجسم الهائل سيؤثر على اتجاه تسارع الجاذبية ، لأنه سوف يجذب أيضًا بندولًا رياضيًا ، والذي من خلاله نقيس تسارع الجاذبية.

فهرس

تيخوميروفا إس إيه ، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - M: Mnemozina، 2012.
جيندينشتاين إل إي ، ديك يو. الصف العاشر في الفيزياء. - م: Mnemosyne، 2014.
كيكوين آي كيه ، كيكوين إيه كيه. فيزياء - 9 ، موسكو ، تعليم ، 1990.

الواجب المنزلي

ما نوع الحركة هو السقوط الحر؟
ما هي خصائص السقوط الحر؟
ما التجربة التي تظهر أن جميع الأجسام على الأرض تسقط بنفس التسارع؟

بوابة الإنترنت Class-fizika.narod.ru ().
بوابة الإنترنت Nado5.ru ().
بوابة الإنترنت Fizika.in ().

في الميكانيكا الكلاسيكية ، تسمى حالة الجسم الذي يتحرك بحرية في مجال الجاذبية السقوط الحر. إذا سقط جسم في الغلاف الجوي ، فإن قوة سحب إضافية تؤثر عليه وتعتمد حركته ليس فقط على تسارع الجاذبية ، ولكن أيضًا على كتلته وقسمه العرضي وعوامل أخرى. ومع ذلك ، هناك قوة واحدة فقط تؤثر على الجسم الساقط في الفراغ ، وهي الجاذبية.

أمثلة السقوط الحر هي سفن الفضاء والأقمار الصناعية في مدار الأرض ، لأنها تتأثر بالقوة الوحيدة - الجاذبية. الكواكب التي تدور حول الشمس في حالة سقوط حر أيضًا. يمكن أيضًا اعتبار الأجسام التي تسقط على الأرض بسرعة منخفضة سقوطًا حرًا ، لأنه في هذه الحالة تكون مقاومة الهواء ضئيلة ويمكن إهمالها. إذا كانت القوة الوحيدة المؤثرة على الأجسام هي الجاذبية ، ولا توجد مقاومة للهواء ، فإن التسارع هو نفسه لجميع الأجسام ويساوي تسارع السقوط الحر على سطح الأرض البالغ 9.8 مترًا لكل ثانية في الثانية (م / ث²) ) أو 32.2 قدمًا في الثانية في الثانية (قدم / ثانية²). على سطح الأجسام الفلكية الأخرى ، سيكون تسارع السقوط الحر مختلفًا.

يقول المتزلجون بالمظلات ، بالطبع ، إنهم في حالة سقوط حر قبل فتح المظلة ، لكن في الواقع ، لا يمكن للقافز المظلي أن يسقط مطلقًا ، حتى لو لم يتم فتح المظلة بعد. نعم ، يتأثر لاعب القفز بالمظلات في حالة "السقوط الحر" بقوة الجاذبية ، ولكنه يتأثر أيضًا بالقوة المعاكسة - مقاومة الهواء ، وقوة مقاومة الهواء أقل قليلاً من قوة الجاذبية.

إذا لم تكن هناك مقاومة للهواء ، فإن سرعة الجسم في حالة السقوط الحر ستزيد بمقدار 9.8 م / ث كل ثانية.

تُحسب سرعة ومسافة الجسم الساقط بحرية على النحو التالي:

الخامس₀ - السرعة الأولية (م / ث).

الخامس- السرعة العمودية النهائية (م / ث).

ح₀ - الارتفاع الأولي (م).

ح- ارتفاع السقوط (م).

ر- سقوط الوقت (ق).

ز- تسارع السقوط الحر (9.81 م / ث 2 على سطح الأرض).

اذا كان الخامس₀ = 0 و ح₀ = 0 ، لدينا:

إذا عُرف وقت السقوط الحر:

إذا كانت مسافة السقوط الحر معروفة:

إذا كانت السرعة النهائية للسقوط الحر معروفة:

تُستخدم هذه الصيغ في حاسبة السقوط الحر هذه.

في السقوط الحر ، عندما لا توجد قوة لدعم الجسم ، توجد انعدام الوزن. انعدام الوزن هو غياب القوى الخارجية المؤثرة على الجسم من الأرضية والكرسي والطاولة والأشياء الأخرى المحيطة. بعبارة أخرى ، دعم قوى رد الفعل. عادةً ما تعمل هذه القوى في اتجاه عمودي على سطح التلامس مع الدعم ، وغالبًا ما تكون عموديًا لأعلى. يمكن مقارنة انعدام الوزن بالسباحة في الماء ، ولكن بطريقة تجعل الجلد لا يشعر بالماء. يعلم الجميع هذا الشعور بوزنك عندما تذهب إلى الشاطئ بعد السباحة الطويلة في البحر. هذا هو السبب في استخدام برك المياه لمحاكاة انعدام الوزن أثناء تدريب رواد الفضاء ورواد الفضاء.

في حد ذاته ، مجال الجاذبية لا يمكن أن يخلق ضغطًا على جسمك. لذلك ، إذا كنت في حالة السقوط الحر في جسم كبير (على سبيل المثال ، في طائرة) ، وهي أيضًا في هذه الحالة ، فلا توجد قوى خارجية للتفاعل بين الجسم والدعم على جسمك وهناك الشعور بانعدام الوزن ، كما هو الحال في الماء.

طائرات تدريب عديمة الوزنمصمم لخلق حالة انعدام وزن على المدى القصير لغرض تدريب رواد الفضاء ورواد الفضاء ، وكذلك لإجراء تجارب مختلفة. هذه الطائرات كانت وما زالت قيد التشغيل في العديد من البلدان. لفترات زمنية قصيرة ، والتي تستمر حوالي 25 ثانية خلال كل دقيقة من الرحلة ، تكون الطائرة في حالة انعدام الوزن ، أي لا يوجد رد فعل داعم للأشخاص الموجودين فيها.

تم استخدام طائرات مختلفة لمحاكاة انعدام الوزن: في الاتحاد السوفياتي وروسيا ، منذ عام 1961 ، تم استخدام طائرات الإنتاج المعدلة Tu-104AK و Tu-134LK و Tu-154MLK و Il-76MDK لهذا الغرض. في الولايات المتحدة ، تدرب رواد الفضاء منذ عام 1959 على طائرات AJ-2s و C-131s و KC-135s و Boeing 727-200s المعدلة. في أوروبا ، يستخدم المركز الوطني لأبحاث الفضاء (CNES ، فرنسا) طائرة إيرباص A310 للتدريب على انعدام الوزن. يتمثل التعديل في الانتهاء من الوقود والأنظمة الهيدروليكية وبعض الأنظمة الأخرى من أجل ضمان تشغيلها الطبيعي في ظروف انعدام الوزن على المدى القصير ، فضلاً عن تقوية الأجنحة حتى تتمكن الطائرة من تحمل التسارع المتزايد (حتى 2G).

على الرغم من حقيقة أنه في بعض الأحيان عند وصف ظروف السقوط الحر أثناء رحلة فضائية في مدار حول الأرض ، يتحدث المرء عن غياب الجاذبية ، بالطبع الجاذبية موجودة في أي مركبة فضائية. ما ينقص هو الوزن ، أي قوة رد الفعل الداعم للأجسام الموجودة في المركبة الفضائية التي تتحرك عبر الفضاء بنفس تسارع الجاذبية ، والذي يكون أقل قليلاً من الأرض. على سبيل المثال ، في مدار أرضي منخفض يبلغ 350 كم ، حيث تطير محطة الفضاء الدولية (ISS) حول الأرض ، يكون تسارع الجاذبية 8.8 م / ث² ، وهو أقل بنسبة 10٪ فقط من سطح الأرض.

لوصف التسارع الحقيقي لجسم ما (عادة طائرة) بالنسبة لتسريع السقوط الحر على سطح الأرض ، يستخدم مصطلح خاص عادة - الزائد. إذا كنت مستلقيًا أو جالسًا أو واقفًا على الأرض ، فإن جسمك يتأثر بالحمل الزائد بمقدار 1 جرام (أي لا يوجد شيء). من ناحية أخرى ، إذا كنت في طائرة تقلع ، ستشعر بحوالي 1.5 جرام. إذا قامت نفس الطائرة بدورها بإحكام منسق ، فقد يتعرض الركاب لما يصل إلى 2 جم ، مما يعني أن وزنهم قد تضاعف.

اعتاد الناس على العيش في غياب الحمل الزائد (1 جم) ، لذلك فإن أي حمل زائد يؤثر بشكل كبير على جسم الإنسان. كما هو الحال مع طائرات المختبر منعدمة الجاذبية ، حيث يجب تعديل جميع أنظمة مناولة السوائل لتعمل بشكل صحيح في حالة انعدام الوزن وحتى ظروف G السلبية ، يحتاج الناس أيضًا إلى المساعدة و "تعديل" مماثل للبقاء على قيد الحياة في مثل هذه الظروف. يمكن للشخص غير المدرب أن يخرج من 3-5 جرام (حسب اتجاه الحمل الزائد) ، لأن هذا يكفي لحرمان الدماغ من الأكسجين ، لأن القلب لا يستطيع ضخ الدم الكافي إليه. في هذا الصدد ، يتدرب الطيارون العسكريون ورواد الفضاء على أجهزة الطرد المركزي في ظروف الحمولة الزائدة العاليةلمنع فقدان الوعي أثناءهم. لمنع فقدان البصر والوعي على المدى القصير ، والذي يمكن أن يكون قاتلاً في ظل ظروف العمل ، يرتدي الطيارون ورواد الفضاء ورواد الفضاء بدلات تعويضية عن الارتفاع تحد من تدفق الدم من الدماغ أثناء الحمل الزائد عن طريق توفير ضغط موحد على كامل سطح جسم الإنسان.

إذا لم تكن هناك مقاومة للهواء ، فإن سرعة الجسم في حالة السقوط الحر ستزيد بمقدار 9.8 م / ث كل ثانية.

تُحسب سرعة ومسافة الجسم الساقط بحرية على النحو التالي:

الخامس₀ - السرعة الأولية (م / ث).

الخامس- السرعة العمودية النهائية (م / ث).

ح₀ - الارتفاع الأولي (م).

ح- ارتفاع السقوط (م).

ر- سقوط الوقت (ق).

ز- تسارع السقوط الحر (9.81 م / ث 2 على سطح الأرض).

اذا كان الخامس₀ = 0 و ح₀ = 0 ، لدينا:

إذا عُرف وقت السقوط الحر:

إذا كانت مسافة السقوط الحر معروفة:

إذا كانت السرعة النهائية للسقوط الحر معروفة:

تُستخدم هذه الصيغ في حاسبة السقوط الحر هذه.

السقوط الحر للجسم هو حركته المتغيرة بشكل منتظم ، والتي تحدث تحت تأثير الجاذبية. في هذه اللحظة ، تكون القوى الأخرى التي يمكن أن تؤثر على الجسم إما غائبة أو صغيرة جدًا بحيث لا يؤخذ تأثيرها في الاعتبار. على سبيل المثال ، عندما يقفز لاعب القفز بالمظلات من طائرة ، في الثواني القليلة الأولى بعد القفز ، يسقط في حالة حرة. تتميز هذه الفترة الزمنية القصيرة بشعور بانعدام الوزن ، على غرار الشعور الذي يشعر به رواد الفضاء على متن مركبة فضائية.

تاريخ اكتشاف الظاهرة

علم العلماء بالسقوط الحر لجسد في العصور الوسطى: درس ألبرت ساكسونيا ونيكولاي أوريم هذه الظاهرة ، لكن بعض استنتاجاتهم كانت خاطئة. على سبيل المثال ، جادلوا بأن سرعة سقوط جسم ثقيل تزداد بالتناسب المباشر مع المسافة المقطوعة. في عام 1545 ، تم تصحيح هذا الخطأ من قبل العالم الإسباني د. سوتو ، الذي أثبت حقيقة أن سرعة سقوط الجسم تزداد بما يتناسب مع الوقت الذي يمر من بداية سقوط هذا الجسم.

في عام 1590 ، قام الفيزيائي الإيطالي جاليليو جاليليصاغ قانونًا يحدد اعتمادًا واضحًا على المسار الذي يسلكه الجسم الساقط في الوقت المناسب. أثبت العلماء أيضًا أنه في غياب مقاومة الهواء ، تسقط جميع الأجسام على الأرض بنفس التسارع ، على الرغم من أنه قبل اكتشافها كان من المقبول عمومًا أن الأجسام الثقيلة تسقط بشكل أسرع.

تم اكتشاف قيمة جديدة - تسارع الجاذبية، والتي تتكون من عنصرين: تسارع الجاذبية والطرد المركزي. يُشار إلى تسارع الجاذبية بالحرف g وله قيمة مختلفة لنقاط مختلفة على الكرة الأرضية: من 9.78 م / ث 2 (مؤشر لخط الاستواء) إلى 9.83 م / ث 2 (قيمة التسارع عند القطبين). تتأثر دقة المؤشرات بخط الطول وخط العرض والوقت من اليوم وبعض العوامل الأخرى.

تعتبر القيمة القياسية لـ g تساوي 9.80665 م / ث 2. في الحسابات المادية التي لا تتطلب دقة عالية ، تؤخذ قيمة التسارع على أنها 9.81 م / ث 2. لتسهيل العمليات الحسابية ، يُسمح بأخذ قيمة g تساوي 10 م / ث 2.

من أجل توضيح كيفية سقوط جسم وفقًا لاكتشاف جاليليو ، يرتب العلماء مثل هذه التجربة: يتم وضع الأجسام ذات الكتل المختلفة في أنبوب زجاجي طويل ، ويتم ضخ الهواء من الأنبوب. بعد ذلك ، يتم قلب الأنبوب، جميع الأجسام الواقعة تحت تأثير الجاذبية تسقط في وقت واحد على قاع الأنبوب ، بغض النظر عن كتلتها.

عندما توضع هذه الأجسام نفسها في أي وسيط ، جنبًا إلى جنب مع قوة الجاذبية ، تؤثر عليها قوة مقاومة ، لذلك ستسقط الأجسام في أوقات مختلفة ، اعتمادًا على كتلتها وشكلها وكثافتها.

صيغ الحسابات

هناك صيغ يمكن استخدامها لحساب المؤشرات المختلفة المتعلقة بالسقوط الحر. يستخدمون مثل الاصطلاحات:

u هي السرعة النهائية التي يتحرك بها الجسم الذي تم فحصه ، م / ث ؛
h هو الارتفاع الذي يتحرك منه الجسم المدروس ، م ؛
ر - وقت حركة الجسم الذي تم التحقيق فيه ، ق ؛
ز - تسارع (قيمة ثابتة تساوي 9.8 م / ث 2).

معادلة تحديد المسافة التي يقطعها جسم ساقط بسرعة نهائية معروفة ووقت السقوط: h = ut / 2.

معادلة حساب المسافة التي يقطعها جسم ساقط من قيمة ثابتة g والوقت: h = gt 2/2.

معادلة تحديد سرعة سقوط جسم في نهاية السقوط بوقت سقوط معروف: u = gt.

معادلة حساب سرعة كائن في نهاية السقوط ، إذا كان الارتفاع الذي يقع منه الكائن قيد الدراسة معروفًا: u = √2 gh.

إذا لم تتعمق في المعرفة العلمية ، فإن التعريف اليومي للحركة الحرة يعني حركة الجسم في الغلاف الجوي للأرض ، عندما لا يتأثر بأي عوامل خارجية ، باستثناء مقاومة الهواء المحيط والجاذبية.

في أوقات مختلفة ، يتنافس المتطوعون مع بعضهم البعض ، في محاولة لتسجيل رقم قياسي شخصي. في عام 1962 ، سجل اختبار القفز بالمظلات من اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، إيفجيني أندريف ، رقماً قياسياً تم إدخاله في كتاب غينيس للأرقام القياسية: أثناء القفز بالمظلات في السقوط الحر ، تغلب على مسافة 24500 متر ، أثناء القفز ، لم تكن مظلة الكبح غير موجودة تستخدم.

في عام 1960 ، قفز الأمريكي D. Kittinger بالمظلة من ارتفاع 31 ألف متر ، ولكن باستخدام تثبيت المظلة.

في عام 2005 ، تم تسجيل سرعة قياسية في السقوط الحر - 553 كم / ساعة ، وبعد سبع سنوات تم تسجيل رقم قياسي جديد - تمت زيادة هذه السرعة إلى 1342 كم / ساعة. ينتمي هذا السجل إلى لاعب القفز المظلي النمساوي فيليكس بومغارتنر ، المعروف في جميع أنحاء العالم بحركاته المثيرة الخطيرة.