Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння

Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння тіл. Таблиця кінематичних рівнянь. Падіння тіл у повітрі. Приклади розв’язування задач.

Вільне падіння тіл. Яскравим прикладом рівноприскореного руху є вільне падіння тіл – рух із постійним прискоренням. Під час падінні будь-якого тіла на землю зі стану спокою його швидкість зростає. Прискорення, надаване тілу земною кулею, спрямоване вертикально вниз. Якщо тіло кинути вгору з деякою початковою швидкістю, то воно з часом падає на землю, спочатку зменшуючи швидкість до нуля у верхній точці траєкторії і падатиме, збільшуючи швидкість.

Тривалий час вважали, що Земля надає різним за масою тілам різні прискорення: важчі тіла падають швидше, легші – падають із меншою швидкістю – з меншим прискоренням. Прості спостереження ніби підтверджують це.

Справді, легка пушинка, перо птаха чи папірець падають значно повільніше, ніж камінь чи залізна кулю. Саме тому з часів видатного мислителя античності Арістотеля (жив у ІV ст. до н.е.) вважалося, що прискорення, надаване Землею тілу залежить від його маси.

Тільки Галілео Галілею (1564 – 1642) вдалося дослідним шляхом довести, що насправді це не так. Треба було враховувати опір повітря, бо воно спотворює картину вільного падіння тіл, яку можна було б спостерігати за відсутності земної атмосфери. Спостерігаючи падіння різних тіл (гарматне ядро, мушкетна куля тощо) із знаменитої похилої Пізанської вежі (мал. 1.35), Галілей довів, що земна куля надає всім тілам одного і того ж прискорення.

Через відсутність тоді точних годинників Галілей не мав змоги вимірювати досить точно малі інтервали часу падіння тіл. Учений здогадався, що падіння можна «уповільнити», скочуючи кульки з похилого жолоба. Кут нахилу жолоба поступово збільшували і вимірювали час (мал. 1.36). Було встановлено, що значення прискорення збільшується, але із зростанням кута нахилу жолоба залишається сталим для кожного випадку нахилу і не залежить від маси тіл. Далі було зроблено висновок: якщо кут нахилу довести до 90°, (тобто до вертикального положення жолоба), то сталість прискорення не зміниться, бо не з’являться ніякі чинники, які б впливали на характер руху тіла. Отже було доведено: земна куля надає всім без виключення тілам одне і те саме прискорення. Якщо опір повітря відсутній, то поблизу поверхні Землі прискорення падаючого тіла стале. Цей факт уперше був встановлений Галілеєм.

Простим і переконливим є дослід із так званою трубкою Ньютона (мал. 1.37).

У досить широку скляну трубку завдовжки 1 м і запаяну з одного кінця вміщують три різні предмети, наприклад, свинцеву дробинку, шматок корка та пір’їну. Другий кінець трубки закривають пробкою з краном. Якщо тепер трубку повернути так, щоб ці тіла падали, то швидше за всіх впаде свинцева дробинка, за нею корок і, нарешті, плавно впаде пір’їна (мал. 1.37, а). Потім насосом відкачують повітря з трубки (мал. 1.37, б) і повторюють дослід. Тепер ці тіла знову падають і досягають трубки одночасно (мал. 1.37, в).

Дата добавления: 2015-08-18