נפילה חופשית: מה זה, דוגמאות, נוסחה, תרגילים

נפילהחינם היא תנועה אנכית המורכבת מגופים נופלים ללא השפעה של כוח החיכוך. כאן על כדור הארץ כמה גופים הנופלים מגבהים קטנים ביחס לאדמה עושים זאת בצורה קרובה לנפילה חופשית אידיאלית.

מהי נפילה חופשית?

תנועת הנפילה החופשית נחקרה על ידי הפיזיקאי האיטלקי גלילאו גליליי. על פי המחקרים שלך, גלילאו הראה שגופים בנפילה חופשית, אפילו אלה של המונים שונים, יגיעו לאדמה באותו זמן, מכיוון שהם יהיו נתונים לאותו תְאוּצָה. נפילה חופשית היא, אם כן, תנועה המתוארת על ידי גופים, נטושה בגובה מסוים, שקורה אך ורק בגלל ההשפעה של כוח משיכה מְקוֹמִי. בסוג זה של תנועה אנו מתעלמים מההשפעה של כוחותבלִגרוֹראוֹחיכוך.

ראה גם: 8 נוסחאות פיזיקה בסיסיות למבחן האויב

הנפילה החופשית היא א תנועה מגוונת באופן אחידכלומר, גוף בנפילה חופשית מהירותו גדלה בקצב קבוע. כאשר גוף ננטש בגבהים הסמוכים לפני כדור הארץ, המהירות בה הוא נופל עולה בקצב של 10 מ / ש, וזהה להגיד שתאוצת כוח המשיכה של כדור הארץ היא 10 מ / ש, בערך 36 קמ"ש כל אחד שְׁנִיָה.

בחלל ריק, גופים של מסות שונות נופלים בו זמנית.

דוגמאות לנפילה חופשית

כל גופים כבדים שיש להם שטח מגע קטן עם אוויר יכולים לתאר א

תנועה קרובה מאוד למה הכוונה נפילהחינם, אם משוחרר בגבהים קטנים מהקרקע. בדוק כמה דוגמאות:

• כדור באולינג שנפל בגובה הירך;

• ספר כבד שנופל מעל פני השולחן;

• מפתח גלגלים שנופל מתא המטען של מכונית;

• טלפון נייד שנושר מכיס המעיל.

למרות היותו תנועות קרובות מאוד למצב של נפילה חופשית, זה קורה למעשה רק בגופים שננטשים באזור לִשְׁאוֹב באזורים שבהם יש תְאוּצָהכוח משיכה.

צורת נפילה חופשית

בְּ נפילהחינםבהנחה שהגוף ננטש בנקודה מסוימת, כלומר בתחילה הוא במנוחה, המשוואות שישמשו יהיו אלה:

• משוואת מהירות הגוף בנפילה חופשית:

v - מהירות נפילה (m / s)

ז - האצת כוח המשיכה (m / s²)

t - מרווחי זמן)

המשוואה לעיל משמשת לקביעת ה- מְהִירוּת היכן שגוף נע במהלך תנועת הנפילה החופשית. לשם כך, פשוט הכפל את זמן הנפילה, שנמדד בשניות, עם גודל תאוצת הכבידה.

• משוואת גובה בנפילה חופשית:

המשוואה הבאה מתייחסת לגובה הנפילה למרווח הזמן:

ה - גובה (מ ')

באמצעות המשוואה המוצגת לעיל, ניתן לקבוע את שניהם גוֹבַה כמה זְמַןבנפילה של גוף בנפילה חופשית.

• משוואת טוריקלי

בנוסף לשתי הנוסחאות המוצגות, אנו יכולים להשתמש במשוואה המתייחסת ל מְהִירוּת של נפילה עם גוֹבַה, א משוואת טוריסלי.

תראהגַם: כל מה שאתה צריך לדעת על חוקי ניוטון

גרפיקה של סתיו חופשי

איך תנועת הנפילה החופשית היא מהסוג באופן שווהשונות, הגרפיקה שלך של מְהִירוּת ו עמדה הם, בהתאמה, קו ישר עולה ופרבולה, כאשר הקעורה פונה כלפי מעלה. תראה:

תרגילי קבוע בסתיו חופשי

שאלה 1) בידיעה שלגוף לוקח 2 שניות להגיע לקרקע לאחר שהוטל בגובה H ביחס לקרקע, חישב את הגובה שבו הגוף הזה הושמט, במטרים.

א) 20 מ '

ב) 15 מ '

ג) 30 מ '

ד) 40 מ '

ה) 80 מ '

תבנית: מכתב

פתרון הבעיה:

התרגיל מבקש מאיתנו לחשב את גובה הנפילה ואומר לנו את השעה. באופן זה, מספיק להשתמש בנוסחה המתייחסת לשתי הכמויות הללו.

שאלה 2) כדורסל מושלך בגובה של 5 מטרים מהקרקע. אם הכדור הזה נע בנפילה חופשית, מה המהירות של הכדור בקמ"ש, רגע לפני שהוא נוגע בקרקע?

א) 50 קמ"ש

ב) 10 קמ"ש

ג) 36 קמ"ש

ד) 15 קמ"ש

ה) 10 קמ"ש

תבנית: אות ג '

פתרון הבעיה:

התרגיל מבקש מאיתנו למצוא את מהירות הכדור, אולם הצהרתו אינה אומרת לנו את זמן הנפילה, ולכן נשתמש במשוואת טוריסלי, כפי שמוצג בחישוב הבא:

לאחר מציאת מהירות של 10 מ 'לשנייה, היה צורך להכפיל את התוצאה בפקטור 3.6 כדי להפוך אותה ליחידת הקילומטר לשעה.

שאלה 3) חפץ נשמט בגובה מסוים מהקרקע, המתאר תנועה של נפילה חופשית. בהנחה שתאוצת הכבידה המקומית היא 10 מ / ש², מה הזמן בשניות לאובייקט זה להגיע למהירות של 108 קמ"ש?

א) 2 שניות

ב) 4 שניות

ג) 3 שניות

ד) 5 שניות

ה) 8 שניות

תבנית: אות ג '

פתרון הבעיה:

התרגיל מבקש מאיתנו לחשב את הזמן שלוקח לגוף בנפילה חופשית להגיע למהירות של 107 קמ"ש. לשם ביצוע חישוב זה, נעבור את היחידה מקמ"ש ל- m / s ונחלק את המהירות הזו ב -3.6; אז נשתמש בנוסחת מהירות הנפילה החופשית:

על ידי רפאל הלרברוק