Swobodny spadek to rodzaj ruchu, który występuje, gdy ciało znajduje się pod wpływem siły. Porzucone ciało od spoczynku porusza się pionowo po trajektorii w dół dzięki działaniu grawitacji.
W pobliżu powierzchni ziemi swobodny spadek podlega wpływowi przyspieszenia grawitacyjnego (g), biorąc pod uwagę znikomy opór powietrza lub próżni.
Ruch ten jest klasyfikowany jako jednostajnie przyspieszony. Oznacza to, że przyspieszenie jest stałe, ponieważ prędkość spadania ciała wzrasta w tempie około 9,8 m/s na sekundę.
Ruch przeciwny, czyli wyrzut do góry, nazywany jest ruchem jednostajnie opóźnionym i ze względu na kierunek przyspieszenie uważa się za ujemne.
formuły swobodnego spadania
Jak widzieliśmy, swobodny spadek jest ruchem jednostajnie przyspieszonym, ponieważ przyspieszenie jest stałe wzdłuż prostej, pionowej ścieżki.
Podczas rzucania ciała w dół ze spoczynku prędkość początkowa wynosi zero (v0 = 0). Pod działaniem grawitacji (g) pokonanie pewnej odległości (h) zajmie trochę czasu (t). Spadek swobodny można zatem opisać równaniami:
Obliczanie prędkości swobodnego spadania:
Gdzie,
v to prędkość w metrach na sekundę (m/s)
g to przyspieszenie ziemskie w metrach na sekundę do kwadratu (m/s2)
t to przedział czasu, w sekundach (s)
Obliczanie wysokości swobodnego spadania:
Wysokość (h) podana jest w metrach (m).
Równanie Torricellego:
Równanie Torricellego jest przydatne do obliczania szybkości spadku problemów bez danych czasowych. W ten sposób możemy powiązać wysokość (h) z prędkością (v).
Pamiętaj, że wartość g jest zmienna w zależności od wysokości i szerokości geograficznej. Na przykład wartość 9,80665 m/s2 odpowiada normalnemu przyspieszeniu grawitacyjnemu na 45º szerokości geograficznej i na poziomie morza. Jednak powszechnie przyjmuje się tę wartość do 10 m/s2 w ćwiczeniach ułatwiających obliczenia, ponieważ blisko powierzchni można uznać ją za stałą.
Swobodne spadanie grafiki
Graficznie prędkość ruchu w odniesieniu do czasu jest wyrażona w rosnącej linii prostej, a zmienność pozycji w czasie w paraboli.
Ćwiczenia swobodnego spadania
Pytanie 1
Natomiast ciało blisko powierzchni ziemi poddane przyspieszeniu grawitacyjnemu 10 m/s2, jest opuszczony i po 2 sekundach uderza o ziemię, z jakiej wysokości ciało swobodnie spadło?
a) 10 m
b) 15 m
c) 20 m
d) 30 m
Prawidłowa alternatywa: c) 20 m
Zauważ, że ciało zostało porzucone, więc prędkość początkowa wynosi zero. Zestawienie daje nam 2 kostki, przyspieszenie i czas, aby ustalić wysokość. Dlatego możemy użyć równania pozycji godzinowej:
Dlatego porzucone ciało z wysokości 20 metrów spada na ziemię w 2 sekundy.
pytanie 2
Marta przewróciła leżący w miejscu kubek. Wiedząc, że obiekt potrzebował 2 sekund na dotarcie do ziemi, jaka jest prędkość kubka podczas ruchu wiedząc, że przyspieszenie grawitacyjne wynosi 10 m/s2?
a) 30 m/s
b) 20 m/s
c) 15 m/s
d) 10 m/s
Prawidłowa alternatywa: ) 20 m/s
Prędkość swobodnego spadania wzrasta w stałym tempie. Dlatego, aby określić, jak szybko kubek uderza o ziemię, używamy wzoru na prędkość, który odnosi się do przyspieszenia i czasu.
V = g.t
V = 10. 2
V = 20 m/s
pytanie 3
Ciało spada na ziemię podczas swobodnego spadania z prędkością 30 m/s. Pominięcie oporu powietrza i uwzględnienie przyspieszenia ziemskiego 10 m/s2, jak długo trwała przeprowadzka?
a) 4,0 s
b) 1,0 s
c) 2,0 s
d) 3,0 sekundy
Prawidłowa alternatywa: d) d) 3,0 s
Do obliczenia czasu używamy wzoru na prędkość:
Dlatego w swobodnym spadku z prędkością 30 m/s ruch trwał 3 sekundy.
Zdobądź więcej wiedzy, czytając poniższe teksty.
- Ćwiczenia swobodnego spadania
- Uruchamianie w pionie
- przyspieszenie grawitacyjne
- siła grawitacji
- ruch równomiernie urozmaicony
