Что нужно знать
Свободное падение — это движение тела только под действием силы тяжести, если сопротивлением воздуха можно пренебречь. Все тела независимо от их массы при свободном падении вблизи поверхности Земли движутся с одинаковым ускорением свободного падения g. Его значение приблизительно равно 9,8 м/с², а в простых расчётах часто принимают g = 10 м/с². Ускорение свободного падения направлено вертикально вниз и не зависит от массы падающего тела. Если тело отпускают без начальной скорости, его скорость определяется формулой v = gt, где v — скорость (м/с), g — ускорение свободного падения (м/с²), t — время движения (с). Путь при свободном падении без начальной скорости рассчитывается по формуле h = gt² / 2, где h — пройденный путь (м). Если тело бросают вертикально вверх, под действием силы тяжести его скорость уменьшается, а в наивысшей точке становится равной нулю. Пример свободного падения из жизни — падение камня с высоты при условии, что сопротивление воздуха незначительно. Типичная ошибка учеников — считать, что тяжёлые тела всегда падают быстрее лёгких, хотя при отсутствии сопротивления воздуха все тела имеют одинаковое ускорение свободного падения.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют свободным падением тела?
- Движение тела с постоянной скоростью
- Движение тела под действием силы тяжести и силы сопротивления воздуха
- Движение тела только под действием силы тяжести
- Любое движение тела по вертикальной траектории
Свободным падением называют движение, при котором на тело действует только сила тяжести. Сопротивлением воздуха при этом пренебрегают.
2. Как обозначается ускорение свободного падения и в каких единицах СИ оно измеряется?
Ускорение свободного падения обозначается буквой g. В системе СИ ускорение измеряется в метрах на секунду в квадрате.
3. Чему приблизительно равно ускорение свободного падения у поверхности Земли?
- 9,8 м/с²
- 98 м/с²
- 0,98 м/с²
- 1,8 м/с²
Вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения составляет приблизительно 9,8 м/с². В школьных расчётах часто используют округлённое значение 10 м/с².
4. Как изменяется скорость тела при свободном падении без начальной скорости?
- Остаётся постоянной
- Равномерно увеличивается со временем
- Равномерно уменьшается со временем
- Сначала увеличивается, затем уменьшается
При свободном падении ускорение постоянно и направлено вниз. Поэтому скорость тела увеличивается на одинаковую величину за равные промежутки времени.
5. Как будут падать два тела разной массы в вакууме, если их отпустить одновременно с одинаковой высоты?
- Более тяжёлое тело достигнет земли раньше
- Более лёгкое тело достигнет земли раньше
- С одинаковым ускорением и одновременно достигнут земли
- Тело большей массы будет двигаться с меньшим ускорением
В вакууме отсутствует сопротивление воздуха, поэтому все тела имеют одинаковое ускорение свободного падения независимо от массы.
6. Какое из перечисленных явлений наиболее точно соответствует свободному падению?
- Падение листа дерева в безветренную погоду
- Движение автомобиля под уклон
- Движение парашютиста с раскрытым парашютом
- Падение камня с высоты в условиях пренебрежимо малого сопротивления воздуха
При падении камня сопротивлением воздуха можно пренебречь, поэтому на него действует практически только сила тяжести. Лист и парашютист испытывают значительное сопротивление воздуха.
7. Камень отпустили без начальной скорости. Какова его скорость через 3 секунды после начала падения? Принять g = 10 м/с².
Используем формулу v = gt. Подставляем значения: v = 10 · 3 = 30 м/с.
8. Тело свободно падает без начальной скорости в течение 2 секунд. Какой путь оно пройдёт? Принять g = 10 м/с².
Используем формулу h = gt² / 2. Подставляем: h = 10 · 2² / 2 = 20 м.
9. С какой скоростью упадёт тело на землю, если оно свободно падает без начальной скорости в течение 4 секунд? Принять g = 10 м/с².
По формуле v = gt получаем: v = 10 · 4 = 40 м/с.
10. Тело свободно падает без начальной скорости с высоты 45 м. За какое время оно достигнет земли? Принять g = 10 м/с².
Используем формулу h = gt² / 2. Выражаем время: t = √(2h / g) = √(2 · 45 / 10) = √9 = 3 с.
11. Тело бросили вертикально вверх. Что происходит с его скоростью во время подъёма?
- Она равномерно уменьшается
- Она равномерно увеличивается
- Она остаётся постоянной
- Она сначала увеличивается, затем становится постоянной
При движении тела вверх ускорение свободного падения направлено вниз, то есть противоположно скорости. Поэтому скорость равномерно уменьшается до нуля в наивысшей точке.
12. Какую скорость имеет тело в наивысшей точке траектории при вертикальном броске вверх?
- 9,8 м/с
- 0 м/с
- 10 м/с
- Максимальную скорость за всё время движения
В наивысшей точке тело на мгновение останавливается перед началом движения вниз. Поэтому его мгновенная скорость в этой точке равна нулю, хотя ускорение свободного падения продолжает действовать.