Вільне падіння

Проведемо експеримент.

Прискорення вільного падіння (позначення g) — прискорення, яке отримує тіло, рухаючись під впливом сили тяжіння Землі. Воно однакове для всіх тіл, залежить від географічної широти місцезнаходження тіла, його висоти підняття над рівнем моря та інших факторів.

Прискорення — векторна фізична величина, похідна швидкості за часом та за величиною дорівнює зміні швидкості тіла за одиницю часу.

Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіл, але сильно змінюється в залежності від маси самої планети (і навіть від положення на ній, від полюса до екватора), див. таблицю значень g для інших небесних тіл.

Для проведення розрахунків, згідно з рішенням третьої Генеральної конференції з мір та ваг у 1901 році, було приняте стандартне значення прискорення вільного падіння g = 9,80665 м/с².

Прискорення вільного падіння також використовується як позасистемна одиниця виміру прискорення.

Падіння тіл є вільним лише в тому випадку, коли на тіло, що падає, діє лише сила тяжіння. Падіння тіл у повітрі можна приблизно вважати вільним лише за умови, що опір повітря незначний і ним можна знехтувати.

Рух тіл за умов, коли опором повітря можна знехтувати, називають вільним падінням.

Вільне падіння тіл першим досліджував Галілей і встановив, що тіла, які вільно падають, рухаються рівноприскорено з однаковим для всіх тіл прискоренням. Це наочно видно з такого досліду. Помістимо в довгу скляну трубку (один кінець якої запаяний, а на іншому вмонтовано кран для ізолювання об’єму трубки після відкачки повітря) три різні за масою предмети, наприклад, шротинку, пробку та пташину пір’їнку. Якщо трубку швидко перевер­нути, то на її дно спочатку впаде шротинка, потім пробка, а після цього — пір’їнка. Відбувається це тому, що в трубці міститься повітря, яке створює різний опір руху цих тіл. Якщо повітря з трубки викачати, то всі три тіла падають одночасно. Отже, у вакуумі всі тіла незалежно від їхніх мас падають з однаковим прискоренням.

Достеменно переконатися в тому, що вільне падіння тіл є рівноприскореним рухом, і водночас виміряти прискорення вільного падіння можна завдяки досліду з використанням методу стробоскопічного освітлення.

Численні досліди показують: якщо можна знехтувати опором повітря, то поблизу поверхні Землі всі тіла падають з постійним і однаковим прискоренням g, спрямованим униз.

Це прискорення називають прискоренням вільного падіння. Вимірювання показують, що поблизу поверхні Землі g=9,8 м/с² (у різних точках земної поверхні залежно від географічної широти й висоти над рівнем моря числове значення g виявляється неоднаковим, змінюючись приблизно від 9,83 м/с² на полюсах до 9,78 м/с² на екваторі).

Поняття вільного падіння має широке значення: тіло здійснює вільне падіння не лише в тому випадку, коли його початкова швидкість дорівнює нулю. Якщо тіло кинуте вниз із початковою швидкістю v₀, то воно при цьому також вільно падатиме. Навіть більше, вільне падіння не обов’язково являє собою рух униз. Якщо початкова швидкість тіла спрямована вгору, то тіло під час вільного падіння певний час летітиме вгору, зменшуючи свою швидкість, і лише потім почне падати вниз.

Приклад розвязування задач з цієї теми, перегляньте наступне відео із записом у робочий зошит:

Виконайте задачу у зошиті та прикріпіть її фото.