Время падения, высота и скорость удара — а ещё бросок вертикально вверх. Значение g
выбирается: задачники обычно просят брать 10.
Калькулятор
УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ
Задачники обычно просят брать 10 — с точным значением ответ из учебника не сойдётся
Сопротивление воздуха не учитывается
Как это считается
Свободное падение — движение с постоянным ускорением g, начатое из состояния покоя.
Отсюда три формулы, связывающие высоту, время и скорость.
h=2gt2v=gtv=2gh
Массы в них нет. Это не упрощение и не
округление: тяжёлое и лёгкое тело падают одинаково, и в этом было содержание опыта
Галилея. Разницу, которую видно в жизни, создаёт воздух — а его модель не учитывает.
Высота и скорость растут по-разному, и путать их формулы — главная ошибка темы. Скорость
прибавляется равномерно, по g каждую секунду. Высота зависит от квадрата времени,
поэтому за вторую секунду тело пролетает втрое больше, чем за первую.
Падение по секундам
При g = 10 м/с². Правый столбец — путь за очередную секунду, и он растёт.
ВРЕМЯ
ВЫСОТА
СКОРОСТЬ
ЗА ЭТУ СЕКУНДУ
1 с
5 м
10 м/с
5 м
2 с
20 м
20 м/с
15 м
3 с
45 м
30 м/с
25 м
4 с
80 м
40 м/с
35 м
Примеры расчёта
Падение с высоты пятиэтажного дома
тело падает с высоты 20 м без начальной скорости, g = 10 м/с²
1
Выражаем время из формулы высоты
h=2gt2⇒t=g2h
Высота зависит от квадрата времени, поэтому время извлекается корнем. Прямой пропорции здесь нет и быть не может.
2
Считаем время
t=102⋅20=4=2с
Масса не участвует. Это и есть содержание опыта Галилея: в отсутствие воздуха все тела падают одинаково.
3
Находим скорость удара
v=gt=10⋅2=20м/с=72км/ч
Двадцать метров — это пятый этаж, и скорость получается автомобильная. Перевод в километры в час здесь нужен именно для этого ощущения.
Если взять точное g = 9,8, время выйдет 2,02 с — почти то же. Расхождение с учебником обычно берётся не отсюда, а из потерянной двойки в формуле.
Мяч бросили вертикально вверх
начальная скорость 20 м/с, g = 10 м/с²
1
Считаем время подъёма
t=gv0=1020=2с
В верхней точке скорость равна нулю, а тяготение гасит её равномерно. Значит, время подъёма — это начальная скорость, делённая на ускорение.
2
Находим максимальную высоту
h=2gv02=20400=20м
Высота зависит от квадрата скорости: бросок вдвое сильнее поднимет мяч не вдвое, а вчетверо выше.
3
Полное время полёта
T=2t=4с
Спуск занимает столько же, сколько подъём, и мяч возвращается со скоростью 20 м/с — той же по модулю. Движение симметрично во времени.
В верхней точке скорость нулевая, а ускорение — нет: оно так и остаётся равным g и направлено вниз. Считать, что там «ничего не действует», — типичная ошибка.
Вопросы
Зависит ли падение от массы?
В формулах массы нет вовсе. Тяжёлое и лёгкое тело падают одинаково — это и проверял Галилей. Разницу в опыте создаёт воздух, а не вес: лист бумаги, смятый в комок, падает заметно быстрее развёрнутого при той же массе.
Брать g равным 10 или 9,8?
Как сказано в условии. Задачники почти всегда просят 10 — тогда числа получаются круглыми. С точным 9,8 ответ отличается примерно на 2 %, и с учебником он не сойдётся. Калькулятор считает при любом из двух.
Почему за вторую секунду тело пролетает больше, чем за первую?
Потому что высота растёт как квадрат времени. За первую секунду — 5 метров, за вторую — уже 15, за третью — 25. Скорость при этом растёт равномерно, по 10 м/с каждую секунду.
Чему равно ускорение в верхней точке броска?
Тому же g, направленному вниз. Нулевой там становится скорость, а не ускорение: тяготение не выключается. Именно поэтому тело в верхней точке не зависает, а сразу начинает падать.
Учитывается ли сопротивление воздуха?
Нет, и школьная модель без него. Для компактных тел на небольших высотах это разумно, но у парашютиста через несколько секунд наступает равновесие сил и скорость перестаёт расти — там формулы уже не работают.
Как считать, если тело бросили вниз с начальной скоростью?
Это уже равноускоренное движение с ненулевой начальной скоростью: h = v₀t + gt²/2. Свободным падением называют случай, когда тело просто отпустили, то есть v₀ = 0.
Ускорение свободного падения одинаково по всей Земле?
Почти, но не совсем: на полюсах g ≈ 9,832 м/с², на экваторе — 9,780 м/с². Земля чуть сплюснута, и радиус на экваторе больше, чем у полюсов, а вращение планеты добавляет небольшую поправку, которая тоже сильнее всего на экваторе. Задачники сглаживают эту разницу до единого 9,8 или 10.
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая использовать сайт, Вы даете свое
согласие на работу с этими файлами. Политика конфиденциальности.