Відомо, що планета Земля притягує будь-яке тіло до свого ядра за допомогою так званого гравітаційного поля. Це означає, що чим більша відстань між тілом і поверхнею нашої планети, тим більше впливає на нього, і тим вираженіше
На тіло, що падає вертикально вниз, як і раніше, впливає вищезгадана сила, завдяки дії якої тіло неодмінно впаде вниз. Залишається відкритим питання про те, якою буде його швидкість при падінні? З одного боку, на предмет впливає опір повітря, який досить сильний, з іншого - тіло тим сильніше притягується до Землі, чим воно від неї далі. Перше - очевидно буде перешкодою і зменшувати швидкість, друге - надавати прискорення та збільшувати швидкість. Таким чином, виникає інше питання про те, чи можливе саме вільне падіння в земних умовах? Строго кажучи, тіла можливі лише у вакуумі, де відсутні перешкоди у вигляді опору потоків повітря. Однак у рамках сучасної фізики вільним падінням тіла прийнято вважати вертикальний рух, який не зустрічає перешкод (опір повітря при цьому можна знехтувати).
Вся справа в тому, що створити умови, де на предмет, що падає, не впливають інші сили, зокрема, те ж повітря, можна тільки штучно. Експериментальним шляхом було доведено, що швидкість вільного падіння тіла у вакуумі завжди дорівнює одному й тому ж числу незалежно від ваги тіла. Такий рух отримав назву рівноприскорену. Вперше воно було описане знаменитим фізиком та астрономом Галілео Галілеєм понад 4 століття тому. Актуальність таких висновків не втратила своєї сили донині.
Як було зазначено, вільне падіння тіла у рамках повсякденного життя - це умовне і зовсім коректне назва. За фактом швидкість вільного падіння будь-якого тіла нерівномірна. Тіло рухається з прискоренням, за рахунок чого подібний рух описується як окремий випадок рівноприскореного руху.Іншими словами, кожну секунду швидкість тіла змінюватиметься. Маючи на увазі це застереження, можна знайти швидкість вільного падіння тіла. Якщо ми не надаємо предмету прискорення (тобто не кидаємо його, а просто опускаємо з висоти), його початкова швидкість дорівнюватиме нулю: Vo=0. З кожною секундою швидкість збільшуватиметься пропорційно та прискоренню: gt.
Тут важливо прокоментувати введення змінної g. Це – прискорення вільного падіння. Раніше ми вже було зазначено наявність прискорення при падінні тіла у нормальних умовах, тобто. за наявності повітря та при впливі сили тяжіння. Будь-яке тіло падає Землю з прискоренням, рівним 9,8 м/с2, незалежно від його маси.
Тепер, маючи на увазі це застереження, виводимо формулу, яка допоможе обчислити швидкість вільного падіння тіла:
Тобто до початкової швидкості (якщо ми надавали її тілу за допомогою кидання, штовхання або інших маніпуляцій) додаємо твір на ту кількість секунд, яка була потрібна тілу для того, щоб досягти поверхні. Якщо ж початкова швидкість дорівнює нулю, то формула набуває вигляду:
Тобто просто твір прискорення вільного падіння на якийсь час.
Подібно, знаючи швидкість вільного падіння предмета, можна вивести час його пересування або початкову швидкість.
Слід також відрізняти формулу для підрахунку швидкості, оскільки в цьому випадку діятимуть сили, що поступово уповільнюють швидкість руху кинутого предмета.
У випадку, розглянутому нами, на тіло діє тільки сила тяжіння та опір повітряних потоків, що, за великим рахунком, зміна швидкості не впливає.
Він узяв дві скляні трубки, які отримали назву трубки Ньютона і відкачав повітря (мал. 1). Після чого вимірював час падіння важкої кульки та легкої пір'їни в цих трубках. Виявилося, що падають вони за той самий час.
Ми бачимо, що якщо прибрати опір повітря, то ні пір'їні, ні кульці нічого не заважатиме падати - вони будуть падати вільно. Саме це властивість і лягло основою визначення вільного падіння.
Вільним падінням називають рух тіла тільки під дією сили тяжіння, без дії інших сил.
Яким є вільне падіння? Якщо підняти будь-який предмет і відпустити, швидкість предмета буде змінюватися, отже, рух є прискореним, навіть рівноприскореним.
Вперше про те, що вільне падіння тіл рівноприскорене, заявив і довів Галілео Галілей. Він виміряв прискорення, з яким рухаються такі тіла, воно так і називається - прискорення вільного падіння, і приблизно 9,8 м/с 2 .
Таким чином, вільне падіння – це окремий випадок рівноприскореного руху. Отже, для цього руху справедливі усі рівняння, які були отримані:
для проекції швидкості: V x = V 0х + а х t
для проекції переміщення: S х = V 0х t + а х t 2 /2
визначення положення тіла у будь-який момент часу: х(t) = х 0 + V 0х t + а х t 2 /2
х означає, що рух у нас прямолінійний, вздовж осі х, яку ми традиційно обирали горизонтально.
Якщо тіло буде рухатися вертикально, то прийнято позначати вісь і ми отримаємо (рис. 2):
Рис. 2. Вертикальний рух тіла ()
Рівняння набувають наступного абсолютно ідентичного вигляду, де g - прискорення вільного падіння, h - переміщення по висоті. Ці три рівняння описують, як вирішувати головне завдання механіки для вільного падіння.
Тіло підкинуто вертикально нагору з початковою швидкістю V 0 (Рис. 3). Знайдемо висоту, яку підкинуто тіло. Запишемо рівняння руху цього тіла: 
Рис. 3. Приклад завдання ()
Знання найпростіших рівнянь дозволило нам знайти висоту, яку ми можемо підкинути тіло.
Розмір прискорення вільного падіння залежить від географічної широти місцевості, на полюсах вона максимальна і екваторі мінімальна. Крім цього, прискорення вільного падіння залежить від того, який склад земної кори під тим місцем, де ми знаходимося. Якщо там поклади важких копалин, величина g буде трохи більше, якщо там порожнечі, вона буде трохи менше. Цей спосіб використовують геологи визначення родовищ важких руд чи газів, нафти, він називається гравіметрія.
Якщо ми хочемо точно описати рух падаючого на поверхню Землі тіла, то необхідно пам'ятати, що опір повітря все ж таки присутній.
Паризький фізик Ленорман у XVIII столітті, закріпивши кінці спиць на звичайній парасольці, стрибнув із даху будинку. Підбадьорений успіхом, він виготовив спеціальну парасольку з сидінням і стрибнув із вежі у місті Монтельє. Свій винахід він назвав парашут, що у перекладі з французької означає «проти падіння».
Галілео Галілей першим показав те, що час падіння тіла на Землю не залежить від його маси, а визначається характеристиками самої Землі. Як приклад, він наводив міркування про падіння тіла з певною масою за проміжок часу. При поділі цього тіла на дві однакові половинки вони починають падати, але якщо швидкість падіння тіла та час падіння залежить від маси, то вони мають падати повільніше, але як? Адже їхня загальна маса не змінилася. Чому? Може, одна половина заважає падати іншій половині? Ми приходимо до суперечності, а це означає, що припущення про те, що швидкість падіння залежить від маси тіла, є несправедливим.
Тому приходимо до коректного визначення вільного падіння.
Вільне падіння - це рух тіла лише під дією сили тяжіння. Жодні інші сили на тіло не діють.
Ми звикли до того, що використовуємо величину прискорення вільного падіння, що дорівнює 9,8 м/с 2 , це найбільш зручне значення для нашої фізіології. Ми знаємо, що від географічного місцезнаходження змінюватиметься прискорення вільного падіння, але ці зміни незначні. Які ж значення набуває прискорення вільного падіння на інших небесних тілах? Як спрогнозувати, чи можливе там комфортне існування людини? Згадаймо формулу вільного падіння (рис. 4):
Рис. 4. Таблиця прискорення вільного падіння планетах ()
Чим масивніше небесне тіло, тим більше прискорення вільного падіння на ньому, тим неможливішим є факт знаходження на ньому людського організму. Знаючи прискорення вільного падіння на різних небесних тілах, ми можемо визначати середню густину цих небесних тіл, а знаючи середню густину, можна передбачати те, з чого складаються ці тіла, тобто визначати їхню будову.
Йдеться тому, що вимірювання прискорення вільного падіння у різних точках Землі є потужним способом геологічної розвідки. Таким чином, не роячи ям, не буря свердловин, шахт можна визначати наявність корисних копалин у товщі земної кори. Перший спосіб - це вимір прискорення вільного падіння за допомогою геологічних пружинних ваг, вони мають феноменальну чутливість, до мільйонних часток грама (рис. 5).
Другий спосіб - за допомогою дуже точного математичного маятника, адже знаючи період коливання маятника, можна обчислити прискорення вільного падіння: чим період менше, тим більше прискорення вільного падіння. Це означає, що, вимірюючи за допомогою дуже точного маятника прискорення вільного падіння в різних точках Землі, можна побачити, чи стало воно більше чи менше.
Що є нормою для величини прискорення вільного падіння? Земна куля є не ідеальною сферою, а геоїдом, тобто трохи сплюснутим біля полюсів. Це означає, що у полюсів значення прискорення вільного падіння буде більше, ніж на екваторі, на екваторі воно мінімальне, але на одній і тій самій географічній широті воно має бути однаково. Отже, вимірюючи у межах однієї широти прискорення вільного падіння у різних точках, ми можемо судити з його зміни наявність тих чи інших копалин. Цей спосіб називається гравіметричною розвідкою, завдяки йому були виявлені поклади нафти в Казахстані та Західному Сибіру.
Наявність корисних копалин, поклади важких речовин або порожнин можуть впливати не тільки на величину прискорення вільного падіння, але і на його напрямок. Якщо проводити вимірювання прискорення вільного падіння поблизу великої гори, то це масивне тіло впливатиме на напрям прискорення вільного падіння, адже воно теж буде притягувати математичний маятник, методом якого ми вимірюємо прискорення вільного падіння.
Список літератури
- Тихомирова С.А., Яворський Б.М. Фізика (базовий рівень) – М.: Мнемозіна, 2012.
- Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. – К.: Мнемозіна, 2014.
- Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Фізика - 9, Москва, Просвітництво, 1990.
Домашнє завдання
- До якого виду руху належить вільне падіння?
- Які особливості вільного падіння?
- Який досвід свідчить, що це тіла Землі падають з однаковим прискоренням?
- Інтернет-портал Class-fizika.narod.ru().
- Інтернет-портал Nado5.ru().
- Інтернет-портал Fizika.in().
У класичній механіці стан об'єкта, що вільно рухається у гравітаційному полі, називається вільним падінням. Якщо об'єкт падає в атмосфері, на нього діє додаткова сила опору та його рух залежить не тільки від гравітаційного прискорення, а й від його маси, поперечного перерізу та інших факторів. Однак на тіло, що падає у вакуумі, діє лише одна сила, а саме сила тяжіння.
Прикладами вільного падіння є космічні кораблі та супутники на навколоземній орбіті, тому що на них діє єдина сила – земне тяжіння. Планети, що обертаються навколо Сонця, також перебувають у вільному падінні. Предмети, що падають на землю з невеликою швидкістю, також можуть вважатися вільно падаючими, тому що в цьому випадку опір повітря незначний і його можна знехтувати. Якщо єдиною силою, що діє на предмети, є сила тяжкості, а опір повітря відсутня, прискорення однаково для всіх предметів і прискорення вільного падіння на поверхні Землі 9,8 метрів за секунду за секунду second (м/с²) або 32,2 фути в секунду за секунду (фут/с²). На поверхні інших астрономічних тіл прискорення вільного падіння буде іншим.
Парашутисти, звичайно, кажуть, що перед розкриттям парашута вони у вільному падінні, але насправді у вільному падінні парашутист не може бути ніколи, навіть якщо парашут ще не розкритий. Так, на парашутиста у «вільному падінні» діє сила тяжіння, але на нього також діє протилежна сила - опір повітря, причому сила опору повітря лише трохи менше сили земного тяжіння.
Якби не було опору повітря, швидкість тіла, що знаходиться у вільному падінні, кожну секунду збільшувалася б на 9,8 м/с.
Швидкість та відстань вільно падаючого тіла обчислюється так:
v₀ - початкова швидкість (м/с).
v- Кінцева вертикальна швидкість (м/с).
h₀ - Початкова висота (м).
h- Висота падіння (м).
t- Час падіння (с).
g- прискорення вільного падіння (9,81 м/с2 біля Землі).
Якщо v₀=0 та h₀=0, маємо:
якщо відомий час вільного падіння:
якщо відома відстань вільного падіння:
якщо відома кінцева швидкість вільного падіння:
Ці формули використовуються у цьому калькуляторі вільного падіння.
У вільному падінні, коли немає сили для підтримки тіла, виникає невагомість. Невагомість - відсутність зовнішніх сил, що діють на тіло з боку підлоги, стільця, столу та інших навколишніх предметів. Іншими словами – сил реакції опори. Зазвичай ці сили діють у напрямку, перпендикулярному дотику поверхні з опорою, і найчастіше вертикально вгору. Невагомість можна порівняти з плаванням у воді, але так, що шкіра не відчуває воду. Всі знають це відчуття власної ваги, коли виходиш на берег після довгого купання в морі. Саме тому для імітації невагомості під час тренувань космонавтів та астронавтів використовуються басейни з водою.
Само собою гравітаційне поле не може створити тиск на ваше тіло. Тому якщо ви знаходитесь в стані вільного падіння у великому об'єкті (наприклад, у літаку), який також знаходиться в цьому стані, на ваше тіло не діють жодні зовнішні сили взаємодії тіла з опорою і виникає відчуття невагомості, майже таке ж, як і у воді .
Літак для тренувань в умовах невагомостіпризначений для створення короткочасної невагомості з метою тренування космонавтів та астронавтів, а також виконання різних експериментів. Такі літаки використовувалися і зараз експлуатуються у кількох країнах. Протягом коротких періодів часу, які тривають близько 25 секунд протягом кожної хвилини польоту, літак перебуває в стані невагомості, тобто для людей, що знаходяться в ньому, відсутня реакція опори.
Для імітації невагомості використовувалися різні літаки: в СРСР і в Росії для цього з 1961 використовувалися модифіковані серійні літаки Ту-104АК, Ту-134ЛК, Ту-154МЛК та Іл-76МДК. У США астронавти тренувалися з 1959 р. на модифікованих AJ-2, C-131, KC-135 та Boeing 727-200. У Європі Національним центром космічних досліджень (CNES, Франція) для тренувань у невагомості використовують літак Airbus A310. Модифікація полягає у доопрацюванні паливної, гідравлічної та деяких інших систем з метою забезпечення їх нормальної роботи в умовах короткочасної невагомості, а також посилення крил для того, щоб літак міг витримувати підвищені прискорення (до 2G).
Незважаючи на те, що іноді при описі умов вільного падіння під час космічного польоту на орбіті навколо Землі говорять про відсутність гравітації, звичайно, сила тяжіння присутня в будь-якому космічному апараті. Що відсутня, так це вага, тобто сила реакції опори на об'єкти, що знаходяться в космічному кораблі, які рухаються в просторі з однаковим прискоренням вільного падіння, яке трохи менше, ніж на Землі. Наприклад, на навколоземній орбіті висотою 350 км, де Міжнародна космічна станція (МКС) літає навколо Землі, гравітаційне прискорення становить 8,8 м/с², що лише на 10% менше, ніж поверхні Землі.
.jpg)
Для опису реального прискорення об'єкта (зазвичай літального апарату) щодо прискорення вільного падіння на поверхні Землі зазвичай використовують особливий термін - навантаження. Якщо ви лежите, сидите або стоїте на землі, на ваше тіло діє перевантаження в 1 g (тобто його немає). Якщо ви знаходитесь в літаку на зльоті, ви відчуваєте перевантаження приблизно в 1,5 g. Якщо той же літак виконує координований поворот з малим радіусом, пасажири, можливо, зазнають перевантаження до 2 g, що означає, що їх вага подвоїлася.
Люди звикли жити в умовах відсутності перевантажень (1g), тому будь-яке навантаження сильно впливає на організм людини. Як і в літаках-лабораторіях для створення невагомості, в яких усі системи, що працюють з рідинами, повинні бути модифіковані для того, щоб вони правильно працювали в умовах нульової (невагомість) і навіть негативного навантаження, люди також потребують допомоги та аналогічної «модифікації» , щоб вижити за таких умов. Нетренована людина може втратити свідомість при перевантаженні 3-5 g (залежно від напрямку дії перевантаження), так як така навантаження достатня для того, щоб позбавити мозок кисню, тому що серце не може подати до нього достатньо крові. У зв'язку з цим військові пілоти та космонавти тренуються на центрифугах умовах високих перевантажень, щоб запобігти втраті свідомості за них. Для запобігання короткочасній втраті зору та свідомості, які, за умовами роботи, можуть виявитися фатальними, пілоти, космонавти та астронавти надягають висотно-компенсуючі костюми, що обмежує відтік крові від мозку під час перевантажень шляхом забезпечення рівномірного тиску на всю поверхню тіла людини.
У класичній механіці стан об'єкта, що вільно рухається у гравітаційному полі, називається вільним падінням. Якщо об'єкт падає в атмосфері, на нього діє додаткова сила опору та його рух залежить не тільки від гравітаційного прискорення, а й від його маси, поперечного перерізу та інших факторів. Однак на тіло, що падає у вакуумі, діє лише одна сила, а саме сила тяжіння.
Прикладами вільного падіння є космічні кораблі та супутники на навколоземній орбіті, тому що на них діє єдина сила – земне тяжіння. Планети, що обертаються навколо Сонця, також перебувають у вільному падінні. Предмети, що падають на землю з невеликою швидкістю, також можуть вважатися вільно падаючими, тому що в цьому випадку опір повітря незначний і його можна знехтувати. Якщо єдиною силою, що діє на предмети, є сила тяжкості, а опір повітря відсутня, прискорення однаково для всіх предметів і прискорення вільного падіння на поверхні Землі 9,8 метрів за секунду за секунду second (м/с²) або 32,2 фути в секунду за секунду (фут/с²). На поверхні інших астрономічних тіл прискорення вільного падіння буде іншим.
Парашутисти, звичайно, кажуть, що перед розкриттям парашута вони у вільному падінні, але насправді у вільному падінні парашутист не може бути ніколи, навіть якщо парашут ще не розкритий. Так, на парашутиста у «вільному падінні» діє сила тяжіння, але на нього також діє протилежна сила - опір повітря, причому сила опору повітря лише трохи менше сили земного тяжіння.
Якби не було опору повітря, швидкість тіла, що знаходиться у вільному падінні, кожну секунду збільшувалася б на 9,8 м/с.
Швидкість та відстань вільно падаючого тіла обчислюється так:
v₀ - початкова швидкість (м/с).
v- Кінцева вертикальна швидкість (м/с).
h₀ - Початкова висота (м).
h- Висота падіння (м).
t- Час падіння (с).
g- прискорення вільного падіння (9,81 м/с2 біля Землі).
Якщо v₀=0 та h₀=0, маємо:
якщо відомий час вільного падіння:
якщо відома відстань вільного падіння:
якщо відома кінцева швидкість вільного падіння:
Ці формули використовуються у цьому калькуляторі вільного падіння.
У вільному падінні, коли немає сили для підтримки тіла, виникає невагомість. Невагомість - відсутність зовнішніх сил, що діють на тіло з боку підлоги, стільця, столу та інших навколишніх предметів. Іншими словами – сил реакції опори. Зазвичай ці сили діють у напрямку, перпендикулярному дотику поверхні з опорою, і найчастіше вертикально вгору. Невагомість можна порівняти з плаванням у воді, але так, що шкіра не відчуває воду. Всі знають це відчуття власної ваги, коли виходиш на берег після довгого купання в морі. Саме тому для імітації невагомості під час тренувань космонавтів та астронавтів використовуються басейни з водою.
Само собою гравітаційне поле не може створити тиск на ваше тіло. Тому якщо ви знаходитесь в стані вільного падіння у великому об'єкті (наприклад, у літаку), який також знаходиться в цьому стані, на ваше тіло не діють жодні зовнішні сили взаємодії тіла з опорою і виникає відчуття невагомості, майже таке ж, як і у воді .
Літак для тренувань в умовах невагомостіпризначений для створення короткочасної невагомості з метою тренування космонавтів та астронавтів, а також виконання різних експериментів. Такі літаки використовувалися і зараз експлуатуються у кількох країнах. Протягом коротких періодів часу, які тривають близько 25 секунд протягом кожної хвилини польоту, літак перебуває в стані невагомості, тобто для людей, що знаходяться в ньому, відсутня реакція опори.
Для імітації невагомості використовувалися різні літаки: в СРСР і в Росії для цього з 1961 використовувалися модифіковані серійні літаки Ту-104АК, Ту-134ЛК, Ту-154МЛК та Іл-76МДК. У США астронавти тренувалися з 1959 р. на модифікованих AJ-2, C-131, KC-135 та Boeing 727-200. У Європі Національним центром космічних досліджень (CNES, Франція) для тренувань у невагомості використовують літак Airbus A310. Модифікація полягає у доопрацюванні паливної, гідравлічної та деяких інших систем з метою забезпечення їх нормальної роботи в умовах короткочасної невагомості, а також посилення крил для того, щоб літак міг витримувати підвищені прискорення (до 2G).
Незважаючи на те, що іноді при описі умов вільного падіння під час космічного польоту на орбіті навколо Землі говорять про відсутність гравітації, звичайно, сила тяжіння присутня в будь-якому космічному апараті. Що відсутня, так це вага, тобто сила реакції опори на об'єкти, що знаходяться в космічному кораблі, які рухаються в просторі з однаковим прискоренням вільного падіння, яке трохи менше, ніж на Землі. Наприклад, на навколоземній орбіті висотою 350 км, де Міжнародна космічна станція (МКС) літає навколо Землі, гравітаційне прискорення становить 8,8 м/с², що лише на 10% менше, ніж поверхні Землі.
Для опису реального прискорення об'єкта (зазвичай літального апарату) щодо прискорення вільного падіння на поверхні Землі зазвичай використовують особливий термін - навантаження. Якщо ви лежите, сидите або стоїте на землі, на ваше тіло діє перевантаження в 1 g (тобто його немає). Якщо ви знаходитесь в літаку на зльоті, ви відчуваєте перевантаження приблизно в 1,5 g. Якщо той же літак виконує координований поворот з малим радіусом, пасажири, можливо, зазнають перевантаження до 2 g, що означає, що їх вага подвоїлася.
Люди звикли жити в умовах відсутності перевантажень (1g), тому будь-яке навантаження сильно впливає на організм людини. Як і в літаках-лабораторіях для створення невагомості, в яких усі системи, що працюють з рідинами, повинні бути модифіковані для того, щоб вони правильно працювали в умовах нульової (невагомість) і навіть негативного навантаження, люди також потребують допомоги та аналогічної «модифікації» , щоб вижити за таких умов. Нетренована людина може втратити свідомість при перевантаженні 3-5 g (залежно від напрямку дії перевантаження), так як така навантаження достатня для того, щоб позбавити мозок кисню, тому що серце не може подати до нього достатньо крові. У зв'язку з цим військові пілоти та космонавти тренуються на центрифугах умовах високих перевантажень, щоб запобігти втраті свідомості за них. Для запобігання короткочасній втраті зору та свідомості, які, за умовами роботи, можуть виявитися фатальними, пілоти, космонавти та астронавти надягають висотно-компенсуючі костюми, що обмежує відтік крові від мозку під час перевантажень шляхом забезпечення рівномірного тиску на всю поверхню тіла людини.
Вільне падіння тіла – це його рівнозмінний рух, який відбувається під дією сили тяжіння. У цей момент інші сили, які можуть впливати на тіло або відсутні або настільки малі, що їх вплив не враховується. Наприклад, коли парашутист стрибає з літака, перші кілька секунд після стрибка він падає у вільному стані. Цей короткий відрізок часу характеризується відчуттям невагомості, подібним до тедж.м, що відчувають космонавти на борту космічного корабля.
Історія відкриття явища
Про вільне падіння тіла вчені дізналися ще в Середньовіччі: Альберт Саксонський та Микола Орем вивчали це явище, але деякі їхні висновки були помилковими. Наприклад, вони стверджували, що швидкість важкого предмета, що падає, зростає прямо пропорційно пройденій відстані. У 1545 році виправлення цієї помилки зробив іспанський вчений Д. Сото, який встановив факт, що швидкість падаючого тіла збільшується пропорційно часу, що проходить від початку падіння цього предмета.
У 1590 р. італійський фізик Галілео Галілейсформулював закон, який встановлює чітку залежність пройденого падаючим предметом шляху від часу. Також вченим було доведено, що за відсутності повітряного опору всі предмети Землі падають з однаковим прискоренням, хоча його відкриття було прийнято вважати, що важкі предмети падають швидше.
Було відкрито нову величину - прискорення вільного падіння, що складається з двох складових: гравітаційного та відцентрового прискорень. Позначається прискорення вільного падіння літерою g і має різне значення для різних точок земної кулі: від 9,78 м/с 2 (показник для екватора) до 9,83 м/с 2 (прискорення на полюсах). На точність показників впливають довгота, широта, час доби та інші чинники.
Стандартне значення g прийнято вважати рівним 9,80665 м/с2. У фізичних розрахунках, які вимагають дотримання високої точності, значення прискорення приймають за 9,81 м/с 2 . Для полегшення розрахунків допускається набувати значення g рівним 10 м/с 2 .
Для того щоб продемонструвати, як предмет падає відповідно до відкриття Галілея, вчені влаштовують такий досвід: у довгу скляну трубку поміщають предмети з різною масою, з трубки викачують повітря. Після цього трубку перевертаютьвсі предмети під дією сили тяжіння падають одночасно на дно трубки, незалежно від їх маси.
Коли ці ж предмети поміщені в будь-яке середовище, одночасно з силою тяжіння на них діє сила опору, тому предмети в залежності від своєї маси, форми та густини будуть падати у різний час.
Формули для розрахунків
Існують формули, за допомогою яких можна розраховувати різні показники, пов'язані із вільним падінням. У них використовуються такі умовні позначення:
- u - кінцева швидкість, з якою переміщається тіло, що досліджується, м/с;
- h - висота, з якої переміщається тіло, що досліджується, м;
- t - час переміщення досліджуваного тіла;
- g - прискорення (постійна величина, що дорівнює 9,8 м/с 2).
Формула визначення відстані, пройденого падаючим предметом при відомої кінцевої швидкості і часу падіння: h = ut /2.
Формула для розрахунку відстані, пройденого падаючим предметом по постійній величині g та часу: h = gt 2 /2.
Формула визначення швидкості падаючого предмета наприкінці падіння за відомого часу падіння: u = gt .
Формула для розрахунку швидкості предмета в кінці падіння, якщо відома висота, з якої падає предмет, що досліджується: u = √2 gh.
Якщо не заглиблюватися в наукові знання, побутове визначення вільного переміщення передбачає пересування будь-якого тіла в земній атмосфері, коли на нього не впливають ніякі сторонні фактори, крім опору навколишнього повітря та сили тяжіння.
У різні часи добровольці змагаються між собою, намагаючись встановити особистий рекорд. У 1962 р. випробувач-парашутист з СРСР Євген Андрєєв встановив рекорд, який був занесений до Книги рекордів Гіннеса: при стрибку з парашутом у вільному падінні він подолав відстань 24500 м, під час стрибка не був використаний гальмівний парашут.
У 1960 р. американець Д. Кіттінгер здійснив парашутний стрибок з висоти 31 тис. м, але з використанням парашутно-гальмівної установки.
У 2005 р. була зафіксована рекордна швидкість при вільному падінні - 553 км/год, а через сім років встановлено новий рекорд - ця швидкість була збільшена до 1342 км/год. Цей рекорд належить австрійському парашутисту Феліксу Баумгартнеру, який відомий у всьому світі своїми небезпечними трюками.
Відео
Подивіться цікаве та пізнавальне відео, яке розповість вам про швидкість падіння тіл.
