Учебно-методические материалы «Свободное падение тел. Опыты Галилея»
Свободное падение тел. Опыты Галилея. г. Москва, Восточный округ.АНО ОО "Русская Международная Школа" . (Ловцова Анжелика Фёдоровна-учитель физики и астрономии).
Свободное падение тел Аксельруд Что же падает быстрее - Пуд или монета? Отвечайте же скорее, Тут сомнений нету. Все немедленно соврут: Упадет быстрее пуд. Он, мол, дескать, тяжелее, Вот и падает скорее. Да, в шестнадцать тысяч раз?? Раньше упадет на час? У людей всех поколений Затесался червь сомнений, Вот и вечный Галилей Оказался всех мудрей. Он угадывать не стал, С башни камешки бросал, Камешки различных масс Все попадали тотчас С башни, что стоит наклонно, Падали одновременно, Все упали с ускореньем Да, свободного паденья! Примечание: скорость всякого (да, всякого) тела, падающего на Землю, увеличивается каждую секунду приблизительно на 10 м/ с. В нашей жизни стало модным Падать иногда свободно. Лучше всё же умно жить И не падать, а парить.
В ньютоновской физике, свободное падение - это любое движение тела, при котором гравитация является единственной силой, действующей на него. В контексте общей теории относительности, где гравитация сводится к искривлению пространства-времени, на тело в свободном падении не действует никакая сила. Объект в техническом смысле термина "свободное падение" не обязательно может падать в обычном смысле этого термина. Объект, движущийся вверх, обычно не считается падающим, но если на него действует только сила тяжести, говорят, что он находится в свободном падении. Таким образом, Луна находится в свободном падении вокруг Земли, хотя ее орбитальная скорость удерживает ее на очень удаленной орбите от поверхности Земли. В примерно однородном гравитационном поле гравитация действует на каждую часть тела примерно одинаково. Когда нет других сил, таких как нормальная сила, действующая между телом (например, астронавтом на орбите) и окружающими его объектами, это приводит к ощущению невесомости, состоянию, которое также возникает, когда гравитационное поле слабое (например, когда вы находитесь вдали от любого источника гравитации). Термин "свободное падение" часто используется более свободно, чем в строгом смысле, определенном выше. Таким образом, падение в атмосфере без раскрытого парашюта или подъемного устройства также часто называют свободным падением. Аэродинамические силы сопротивления в таких ситуациях препятствуют созданию полной невесомости, и, таким образом, "свободное падение" парашютиста после достижения предельной скорости создает ощущение, что вес тела поддерживается воздушной подушкой.
Утверждал, что чем тяжелее тело, тем быстрее оно упадет. Как тела разной массы падают на землю? Утверждал, что в безвоздушном пространстве тела упадут одновременно. Сила тяжести сообщает всем телам одинаковое ускорение. Тела в каждый момент времени одинаково изменяют свою скорость.
https://ya.ru/video/preview/12000171757689375454
v0x=v0cosa ВСПОМНИМ ИЗУЧЕННОЕ v0x=v0cosa vx=v0x+axt vy=v0y+ayt sy=v0yt+ayt2/2 sx=v0xt+axt2/2 x=x0+v0xt+axt2/2 y=y0+v0yt+ayt2/2 v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0x=v0cosa Какое движение называется равноускоренным ? Определение ускорения. Физический смысл ускорения. Формула проекции скорости при равноускоренном движении Формула проекции перемещения при равноускоренном движении v0x=v0cosa Формула координаты при равноускоренном движении
v0x=v0cosa Определите характер движения, пользуясь рисунком и запишите формулы для расчета v и s v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0 v0 v0 v0 а а а а х х х х 0 0 0 0 v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0x=v0cosa v0x=v0cosa равноускоренное равноускоренное равнозамедленное равнозамедленное v= v0 + at -v = -v0 - at -v = -v0+at v =v0 - at s=v0t+at2/2 -s= -v0t+at2/2 -s = -v0t- at2/2 s= v0t -at2/2
у h g v0=0 1. Свободное падение тел Равноускоренное движение Свободное падение vx=v0x+axt vy=v0y+ayt sy=v0yt+ayt2/2 sx=v0xt+axt2/2 x=x0+v0xt+axt2/2 y=y0+v0yt+ayt2/2 Анализируем рисунок v0=0, a=g , gy=-g, y0 =h Работаем с формулами vy=v0y+gyt sy=v0yt+gyt2/2 v -v = 0 - gt -h =-gyt2/2 y=y0+v0yt+gyt2/2 y=y0-gt2/2 v =gt h =gt2/2 y=h-gt2/2 s =h , 0 y0 vу =-v
График vу(t) (ось ОУ направлена) вниз вверх 0 -30 -20 -10 30 20 10 2 1 3 4 5 vу<0 vу>0 vу м/с t, с График ау(t) (ось ОУ направлена) вниз вверх 0 -30 -20 -10 30 20 10 2 1 3 4 5 ау<0 ау>0 ау м/с2 t, с Графическое представление свободного падения
Затяжной прыжок с высоты 4 км. Время свободного падения 12 с
Повторяем!
у g v=0 v0 h 2. Движение тела, брошенного вертикально Равноускоренное движение vx=v0x+axt vy=v0y+ayt sy=v0yt+ayt2/2 sx=v0xt+axt2/2 x=x0+v0xt+axt2/2 Тело брошено вертикально вверх v0y=v0 , a=g , gy= -g , y=h s =h , Анализируем рисунок y0=0 , Работаем с формулами 0 vy=v0y+gyt v =v0 -gt Важно помнить: в верхней точке v=0, и 0 = v0 - gt v0 =gt y=y0+v0yt+gyt2/2 y =v0t-gt2/2 h =v0t-gt2/2 y=y0+v0yt+ayt2/2
вниз вверх 0 vу<0 vу >0 vу м/с t, с v0 /g График vу(t) 0 t, с v0 /g у, м v02 /2g Графическое представление движения тела, брошенного вертикально вверх График у(t) (ось ОУ направлена)
Движение тела брошенного вертикально вверх
Задача Задача Тело падает с высоты 45 м без начальной скорости. Какой путь пройдет тело за последнюю секунду?
Задача 2 Из арбалета вертикально вверх выпустили стрелу с начальной скоростью 50 м/с . Через какое время стрела упадет на землю?
3. Движение тела, брошенного под углом к горизонту у х a v0x v0y v0 v vy= 0 l h g По горизонтали: т.е. вдоль оси ОХ тело движется равномерно (т.к. нет ускорения) с постоянной скоростью, равной проекции начальной скорости на ось ОХ Т.о. при рассмотрении движения вдоль оси ОХ нужно пользоваться формулами, полученными для равномерного движения l=vxt= v0cosa t x= x0 + v0cosa t l – дальность полета v0x=v0cosa v0x=v0cosa=const
h max y x v0x=v0cosa Вдоль оси ОХ тело движется равномерно с постоянной скоростью, равной проекции начальной скорости на ось ОХ v0х v0 v=v0х v0y v0х v0y v v v0x=v0cosa v=v0х a
v0x=v0cosa у х a v0x v0y v0 v vy=0 l h g По вертикали: Вдоль оси ОУ тело движется равнозамедленно, подобно телу, брошенному вертикально вверх со скоростью, равной проекции начальной скорости на ось ОУ h - максимальная высота v0у=v0sina Таким образом, применимы формулы, которые мы использовали ранее для равноускоренного движения по вертикали gy= -g , v0у=v0sina =v0sina - gt vy= v0y+gyt y=y0+v0yt+gyt2/2 = v0sinat- gt2/2 =v0sina - gt
h max y x a v v v=v0y v0y v0y v0x v0x vy =0 v0 v0x=v0cosa Вдоль оси ОУ тело движется равнозамедленно, подобно телу, брошенному вертикально вверх со скоростью, равной проекции начальной скорости на ось ОУ v0x=v0cosa v=v0y
h max y x v0у v0х v0у vу v0х v v0 a v=v0у v v=v0x Некоторые зависимости между величинами при движении под углом к горизонту (баллистическом движении) Время полета в 2 раза больше времени подъема тела на максимальную высоту t= 2tmax = 2v0sina/g Дальность полета при одной и той же начальной скорости зависит от угла l = x max= v02sin2a /g v = + v0у2 v0x2 l = x max
150 750 450 300 600 y x v0x=v0cosa Зависимость дальности полета от угла, под которым тело брошено к горизонту l = x max l = x max= v02sin2a /g a v0x=v0cosa Дальность полета максимальна, когда максимален sin2a. Максимальное значение синуса равно единице при угле 2a=900, откуда a = 450 Для углов, дополняющих друг друга до 900 дальность полета одинакова
4. Движение тела, брошенного горизонтально v0у=0, a=g , gy= -g , y0 =h s =h , Анализируем рисунок: По горизонтали: тело движется равномерно с постоянной скоростью, равной проекции начальной скорости на ось ОХ v0x= v0 l=vxt= v0cosa t l=v0xt= v0 t По вертикали: Тело свободно падает с высоты h . Именно поэтому, применимы формулы для свободного падения: v =gt h =gt2/2 y=y0-gt2/2 v0 g h l v0y=0 v0x у х
Подумайте и дайте ответ С каким ускорением движется тело, брошенное вертикально вверх? С каким ускорением движется тело, брошенное горизонтально? Что общего в движении тел, брошенных вертикально и под углом к горизонту? Три тела брошены так: первое – вниз без начальной скорости, второе – вниз с начальной скоростью, третье – вверх. Что можно сказать об ускорениях этих тел? Тяжелый предмет подвешен на веревке к воздушному шару, равномерно поднимающемуся с некоторой скоростью. Каково будет движение предмета, если веревку перерезать?
Используемые источники Кикоин А. К. Вращение Земли и ускорение свободного падения //Квант. – 1984. – № 1. – С. 32–34. Кикоин И. К., Кикоин А. К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. – М.: Просвещение, 1992. Сивухин Д. В. Общий курс физики. – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 2005. – Т. 1. Механика. – С. 372. Смородинский Я. Закон всемирного тяготения //Квант. – 1990. – № 12. – С. 8–13; 51. Физика: Механика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики / под ред. Г. Я. Мякишева. – М.: Дрофа, 2019. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» Интернет-портал «100ballov.kz» Интернет-портал «eduspb.com» https://stihi.ru/2018/09/27/1816?ysclid=lnqxm69wr9870532776
