Нам осталось еще рассмотреть случай, когда груз вместе с весами совершает свободное падение, т. е. когда весы просто выпускают из рук (рис. 129). Опыт показывает, что во время свободного падения стрелка весов устанавливается на пуле: вес оказывается равным нулю. И это понятно. Ведь когда груз падает под действием притяження к Земле, пружина весов «сама следует за ним» (см. рис. 129). Поэтому она не деформируется. Но если пружина не деформируется, то на прикрепленный к ней груз никакая сила с ее стороны не действует. Груз поэтому тоже не деформирован и тоже не действует на пружину. Груз стал невесомым.
То, что при свободном падении вес тела равен нулю, прямо следует из формулы
При свободном падении тела Следовательно,
При этом условии спора с телом не взаимодействует.
Причина невесомости заключается в том, что сила всемирного тяготения сообщает телу и его опоре одинаковые ускорения. Поэтому всякое тело, которое двиштся только под действием сил всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости.
Именно в таких условиях и находится свободно падающее тело.
Этот удивительный факт иллюстрируется следующим интересным опытом (рис, 130). На штативе укреплен блок, через который переброшена нить. На конце этой нити подвешена чашка с двумя грузами достаточно большой массы. Верхний груз плотно прилегает к нижнему. Другой конец нити прикреплен к штативу. Между грузами помещена полоска тонкой бумаги. Свободный ее конец держат неподвижно в руке. Если груз опускать медленно, то бумага, натягиваясь, разорвется, потому что на зажатый конец полоски действует сила трения покоя. Теперь заменим полоску бумаги новой и повторим опыт таким образом, чтобы груз свободно падал. При падении груза полоска бумаги остается в руках неразорванной. Значит, при падении грузы не давили друг на друга и сила трения покоя была равна нулю. Это и доказывает, что грузы при свободном падении находятся в состоянии невесомости.
Упражнение 31
1. Находится ли в состоянии невесомости тело, брошенное вертикально вверх? Трением в воздухе пренебречь.
2. К рамке, которая может скользить по двум направляющим стержням (рис. 131), подвешены на двух одинаковых пружинах различные грузы Если пережечь нить, с помощью которой укреплена рамка, то рамка будет свободно падать (трение мало, и им можно пренебречь) и при этом деформации пружин исчезнут. Объясните, почему исчезают деформации пружин при свободном падении рамки.
Свободное падение тел – это падение тел на Землю в вакууме при отсутствии помех. под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления воздуха можно считать свободным падением. Например, в свободном падении находится спортсмен, прыгающий в воду с вышки или мяч, выпущенный из руки.
В 1583 году итальянский учёный Галилео Галилей (1564-1642) установил, что при отсутствии сопротивления воздуха все тела, независимо от их массы, падают на землю с одинаковым g , которое направлено вертикально вниз. Это ускорение называется ускорение свободного падения . При свободном падении тела с небольшой высоты h от поверхности Земли (причём h намного меньше радиуса Земли R З , где радиус Земли R З ~ 6000 км ) сила притяжения остаётся практически постоянной, поэтому ускорение свободного падения также остаётся постоянным.
Это заключение подтверждает опыт с падением тел в стеклянной трубке, из которой выкачан воздух (рис. 1.24). Кусочек свинца, лёгкое пёрышко и дробинка достигают дна трубки одновременно. Следовательно, они падают с одинаковым ускорением.
Свободное падение можно рассматривать как частный случай равноускоренного движения. Ускорение свободного падения зависит от высоты над уровнем моря и от географической широты места. Оно изменяется примерно от 9,83 м/с 2 на полюсе и до 9,78 м/с 2 на экваторе. На широте Москвы ускорение свободного падения принимается равным g = 9,8 м/с 2 . Поэтому в большинстве случаев при решении задач по физике ускорение свободного падения принимается равным 9,8 м/с 2 .
Различие в значении ускорения объясняется суточным вращением Земли и формой Земли – Земля сплюснута у полюсов, поэтому полюсный радиус Земли меньше экваториального радиуса.
Рис. 1.24. Свободное падение тел.
Зависимость ускорения свободного падения от высоты над уровнем моря можно получить, применяя второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения. Модуль ускорения свободного падения равен:
g = G(M /(R + h) 2)
где G – гравитационная постоянная (или постоянная всемирного тяготения), G = (6,673 ± 0,003)*10 -11 н*м 2 / кг 2 М – масса Земли, M = 5,9736*10 24 кг R – радиус Земли, средний радиус Земли R З.СР = 6371 км, h – высота тела над уровнем моря (над поверхностью Земли).
Из этого уравнения видно, что при подъёме тела ускорение свободного падения уменьшается. Это становится заметным при подъёме на высоту более 300 км.
В некоторых районах земного шара ускорение свободного падения может отличаться от значения ускорения на данной широте. Такие отклонения наблюдаются в местах, где имеются залежи полезных ископаемых.
Движение тел по вертикали (вверх или вниз) вблизи поверхности Земли без учёта сопротивления воздуха является прямолинейным равноускоренным движением. При описании такого движения выбирают координатную ось OY, направленную вверх или вниз. Независимо от направления оси OY вектор ускорения свободного падения направлен вертикально вниз.
Формулы для вычисления координат (или высот) и скоростей примут следующий вид.
Скорость тела в любой момент времени
v y = ± v oy ± g y t
Перемещение тела
s y = ± v oy t ± (g y t 2) / 2
Координаты тела (высота тела)
y = h = h 0 ± v oy t ± (g y t 2) / 2
Скорость тела в любой точке пути
v y 2 = v oy 2 + 2g y (h — h 0)
Если ось OY направлена вниз, то проекция ускорения свободного падения g y на эту ось положительна. Если ось OY направлена вверх, то проекция g y отрицательна. Например, мяч, подброшенный вертикально вверх, до верхней точки подъёма движется равнозамедленно, а его движение вниз будет равноускоренным.
Проекции начальной v oy и конечной v y скоростей положительны, если направление скоростей совпадает с направлением оси OY, и отрицательны, если направления оси OY и скоростей противоположны.
Вводный контроль по физике 8кл ВАРИАНТ № 2 Дополните предложение одним словом: 1.Физическая величина, которая характеризует инертность тела, называется ____________________ 2. Силу, с которой Земля притягивает к себе тела, называют ____________________ 3.Сила,которая препятствует движению, называется_______________________________________ 4.Прибор для измерения длины____________________ 5. Колесо с желобом, укрепленное в обойме – это___________ 6.Прибор для измерения давления_________________ ТЕСТ 1.Мелчайшие частицы, из которых состоят вещества, называются: а) молекулами, б)микрочастицами, в)крупинками. 2.Замедлить диффузию можно, если: а) охладить тела, б) нагреть, в) переставить с одного стола на другой. 3.Какие общие свойства характерны для твердых тел: а)имеют свою форму и объем, б) легко сжимаются, в)практически не сжимаемы. 4.По какой формуле можно рассчитать объем тела? a)F=mg. b) p=m:v. d) V=S:t e) V=abc 5.Какая сила заставляет падать все тела на Землю? а) сила трения, б) сила упругости, в)сила тяжести, г) вес тела. 6. По какай формуле можно рассчитать силу тяжести? a) F=mg b) F=mgh. d) p=F:S e) V=S:t 7. Какова единица измерения давления? а) Па б) Н в)м/с г)кг 8. Кто из космонавтов первым полетел в космос? а) Гагарин б) Титов в)Терешкова г)Леонов. 9. По какай формуле можно рассчитать работу? a) F=pgh b) A=F S d) N=A:t
10.тело совершает механическую работу,когда а) оно движется, б) на него сила, в)на него действует сила и он ТЕСТЫ ПО ФИЗИКЕ 8кл. ТЕСТ 1 Тепловое движение. Температура. 1. Диффузия происходит быстрее, если а) движение молекул замедляется б) движение молекул прекращается в) скорость движение молекул увеличивается 2. Чем теплая вода отличается от холодной? а) скорость движение молекул б) строением молекул в) прозрачностью 3.Какое из явлений относится к тепловым? а) вращение Земли вокруг Солнца б) радуга в) таяние снега 4. По какой траектории движутся молекулы газов? а) по прямолинейной б) по криволинейной в) по ломаной 5.В каких телах молекулы могут колебаться, вращаться, перемещаться относительно друг друга? а) в газах б) в жидкостях в) в твердых телах 6. Температура тела связана а) с кинетической энергией тела б) с потенциальной энергией тела в) со средней кинетической энергией молекул
ТЕСТ №2 Внутренняя энергия 1.Кинетическая энергия тела зависит а) только от массы тела б) только от скорости тела в) от массы и от скорости тела 2.При падении выпущенного из рук тела а) происходит переход потенциальной энергии в кинетическую б) происходит переход кинетической энергии в потенциальную в) .кинетическая и потенциальная энергии не меняются 3.Механическая энергия куска пластилина, упавшего на пол, а) не изменится б) бесследно исчезнет в) превратится в другую форму энергии 4.Какая энергия называется внутренней энергией тела? а) энергия движения тела б) энергия взаимодействия частей тела в) кинетическая и потенциальная энергии частей тела 5. Внутренняя энергия тела зависит а) от скорости движения тела б) от температуры тела и его состояния (твердое, жидкое, газообразное) в) от положения тела относительно других тел 6.Может ли тело не иметь внутренней энергии? а) может, если тело имеет очень низкую температуру б) может, если тело не имеет механической энергии в) не может ни при каких условиях Литература: СЫПЧЕНКО Г.В. ФИЗИКА тесты 8кл Саратов: Лицей,2012.80с Интернетресурс
Задачи по механике (динамика), на тему
Движение под действием силы тяжести по вертикали
Из пособия: ГДЗ к задачнику Рымкевич для 10-11 классов по физике, 10-е издание, 2006 г.
Найти ускорение свободного падения шарика по рисунку 31, сделанному со стробоскопической фотографии. Интервал между снимками 0,1 с, а сторона каждого квадрата сетки на фотографии в натуральную величину равна 5 см
РЕШЕНИЕ
При свободном падении первое тело находилось в полете в 2 раза больше времени, чем второе. Сравнить конечные скорости тел и их перемещения
РЕШЕНИЕ
Г. Галилей, изучая законы свободного падения (1589 г.), бросал без начальной скорости разные предметы с наклонной башни в городе Пиза, высота которой 57,5 м. Сколько времени падали предметы с этой башни и какова их скорость при ударе о землю
РЕШЕНИЕ
Пловец, спрыгнув с пятиметровой вышки, погрузился в воду на глубину 2 м. Сколько времени и с каким ускорением он двигался в воде
РЕШЕНИЕ
Тело свободно падает с высоты 80 м. Каково его перемещение в последнюю секунду падения
РЕШЕНИЕ
Сколько времени падало тело, если за последние 2 с оно прошло 60 м?
РЕШЕНИЕ
Чему равно перемещение свободно падающего тела в n-ю секунду после начала падения
РЕШЕНИЕ
Какую начальную скорость надо сообщить камню при бросании его вертикально вниз с моста высотой 20 м, чтобы он достиг поверхности воды через 1 с? На сколько дольше длилось бы падение камня с этой же высоты при отсутствии начальной скорости
РЕШЕНИЕ
Одно тело свободно падает с высоты h1; одновременно с ним другое тело начинает движение с большей высоты h2. Какой должна быть начальная скорость и0 второго тела, чтобы оба тела упали одновременно
РЕШЕНИЕ
Стрела, выпущенная из лука вертикально вверх, упала на землю через 6 с. Какова начальная скорость стрелы и максимальная высота подъема
РЕШЕНИЕ
Во сколько раз больше высота подъема тела, брошенного вертикально вверх на Луне, чем на Земле, при одинаковой начальной скорости?
РЕШЕНИЕ
Во сколько раз надо увеличить начальную скорость брошенного вертикально вверх тела, чтобы высота подъема увеличилась в 4 раза
РЕШЕНИЕ
Из точки, расположенной на достаточно большой высоте, одновременно брошены два тела с одинаковыми по модулю скоростями v0 = 2 м/с: одно вертикально вверх, а другое вертикально вниз. Каким будет расстояние между телами через 1 с; 5 с; через промежуток времени, равный
РЕШЕНИЕ
При бросании мяча вертикально вверх мальчик сообщает ему скорость, в 1,5 раза большую, чем девочка. Во сколько раз выше поднимется мяч, брошенный мальчиком
РЕШЕНИЕ
Снаряд зенитной пушки, выпущенный вертикально вверх со скоростью 800 м/с, достиг цели через 6 с. На какой высоте находился самолет противника и какова скорость снаряда при достижении цели? Как отличаются реальные значения искомых величин от вычисленных
РЕШЕНИЕ
Тело брошено вертикально вверх со скоростью 30 м/с. На какой высоте и через какое время скорость тела (по модулю) будет в 3 раза меньше, чем в начале подъема
РЕШЕНИЕ
МЯЧ был брошен вертикально вверх дважды. Второй раз ему сообщили скорость, в 3 раза большую, чем в первый раз. Во сколько раз выше поднимается мяч при втором бросании?
РЕШЕНИЕ
Тело брошено вертикально вверх со скоростью 20 м/с. Написать уравнение движения y = y(t). Найти, через какой промежуток времени тело будет на высоте: а) 15 м; б) 20 м; в) 25 м. Указание. Ось Y направить вертикально вверх; принять, что при t = 0 y = 0
РЕШЕНИЕ
С балкона, находящегося на высоте 25 м над поверхностью земли, бросили вертикально вверх мячик со скоростью 20 м/с. Написать формулу зависимости координаты от времени y(t), выбрав за начало отсчета: а) точку бросания; б) поверхность земли. Найти, через какое время мячик упадет на землю.
Вводный контроль по физике 8кл
ВАРИАНТ № 2
Дополните предложение одним словом:
1.Физическая величина, которая характеризует инертность тела, называется ____________________
2. Силу, с которой Земля притягивает к себе тела, называют
____________________
3.Сила,которая препятствует движению, называется _______________________________________
4.Прибор для измерения длины____________________
5. Колесо с желобом, укрепленное в обойме - это___________
6.Прибор для измерения давления_________________
ТЕСТ
1.Мелчайшие частицы, из которых состоят вещества, называются: а) молекулами, б)микрочастицами, в)крупинками.
2.Замедлить диффузию можно, если: а) охладить тела, б) нагреть, в) переставить с одного стола на другой.
3.Какие общие свойства характерны для твердых тел: а)имеют свою форму и объем, б) легко сжимаются, в)практически не сжимаемы.
4.По какой формуле можно рассчитать объем тела? a ) F = mg . b ) p = m : v . d ) V = S : t e ) V = abc
5.Какая сила заставляет падать все тела на Землю? а) сила трения, б) сила упругости, в)сила тяжести, г) вес тела.
6. По какай формуле можно рассчитать силу тяжести? a ) F = mg b ) F = mgh . d ) p = F : S e ) V = S : t
7. Какова единица измерения давления? а) Па б) Н в)м/с г)кг
8. Кто из космонавтов первым полетел в космос? а) Гагарин б) Титов в)Терешкова г)Леонов.
9. По какай формуле можно рассчитать работу? a ) F = pgh b ) A = F S d ) N = A : t
10.тело совершает механическую работу,когда а) оно движется, б) на него сила, в)на него действует сила и он
ТЕСТЫ ПО ФИЗИКЕ 8кл.
ТЕСТ 1 Тепловое движение. Температура.
1. Диффузия происходит быстрее, если а) движение молекул замедляется б) движение молекул прекращается в) скорость движение молекул увеличивается
2. Чем теплая вода отличается от холодной?
а) скорость движение молекул
б) строением молекул
в) прозрачностью
3.Какое из явлений относится к тепловым?
а) вращение Земли вокруг Солнца
б) радуга
в) таяние снега
4. По какой траектории движутся молекулы газов?
а) по прямолинейной
б) по криволинейной
в) по ломаной
5.В каких телах молекулы могут колебаться, вращаться, перемещаться относительно друг друга?
а) в газах
б) в жидкостях
в) в твердых телах
6. Температура тела связана
а) с кинетической энергией тела
б) с потенциальной энергией тела
в) со средней кинетической энергией молекул
ТЕСТ №2 Внутренняя энергия
1.Кинетическая энергия тела зависит а) только от массы тела б) только от скорости тела в) от массы и от скорости тела
2.При падении выпущенного из рук тела а) происходит переход потенциальной энергии в кинетическую б) происходит переход кинетической энергии в потенциальную в) .кинетическая и потенциальная энергии не меняются
3.Механическая энергия куска пластилина, упавшего на пол, а) не изменится б) бесследно исчезнет в) превратится в другую форму энергии
4.Какая энергия называется внутренней энергией тела? а) энергия движения тела б) энергия взаимодействия частей тела в) кинетическая и потенциальная энергии частей тела
5. Внутренняя энергия тела зависит а) от скорости движения тела б) от температуры тела и его состояния (твердое, жидкое, газообразное) в) от положения тела относительно других тел
6.Может ли тело не иметь внутренней энергии? а) может, если тело имеет очень низкую температуру б) может, если тело не имеет механической энергии в) не может ни при каких условиях
Литература: СЫПЧЕНКО Г.В.
ФИЗИКА тесты 8кл Саратов: Лицей,2012.-80с
Интернет-ресурс
