Mula sa pang-araw-araw na buhay, alam natin na ang gravity ng mundo ay nagiging sanhi ng mga katawan, na napalaya mula sa mga bono, na bumagsak sa ibabaw ng Earth. Halimbawa, ang isang load na nasuspinde sa isang sinulid ay nakabitin nang hindi gumagalaw, at sa sandaling maputol ang sinulid, nagsisimula itong mahulog nang patayo pababa, unti-unting tumataas ang bilis nito. Ang isang bola na inihagis nang patayo pataas, sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng Earth, ay binabawasan muna ang bilis nito, huminto saglit at nagsisimulang bumagsak, unti-unting tumataas ang bilis nito. Isang bato na inihagis patayo pababa grabidad unti-unti ding tumataas ang bilis nito. Ang katawan ay maaari ding ihagis sa isang anggulo sa abot-tanaw o pahalang...

Kadalasan ang mga katawan ay nahuhulog sa hangin, samakatuwid, bilang karagdagan sa pagkahumaling ng Earth, sila ay apektado din ng air resistance. At maaari itong maging makabuluhan. Kunin, halimbawa, ang dalawang magkatulad na mga sheet ng papel at, na gusot ang isa sa mga ito, ibinabagsak namin ang parehong mga sheet nang sabay-sabay mula sa parehong taas. Bagama't ang gravity ng lupa ay pareho para sa parehong mga sheet, makikita natin na ang gusot na sheet ay umaabot sa lupa nang mas mabilis. Nangyayari ito dahil ang resistensya ng hangin para dito ay mas mababa kaysa sa isang hindi tumaas na sheet. Binabaluktot ng air resistance ang mga batas ng mga bumabagsak na katawan, kaya para pag-aralan ang mga batas na ito, kailangan mo munang pag-aralan ang pagbagsak ng mga katawan sa kawalan ng air resistance. Posible ito kung ang pagbagsak ng mga katawan ay nangyayari sa isang vacuum.

Upang matiyak na sa kawalan ng hangin, ang parehong magaan at mabibigat na katawan ay bumagsak nang pantay, maaari mong gamitin ang Newton's tube. Ito ay isang makapal na pader na tubo na halos isang metro ang haba, ang isang dulo nito ay selyado at ang isa ay nilagyan ng gripo. May tatlong katawan sa tubo: isang pellet, isang piraso ng foam sponge at isang magaan na balahibo. Kung ang tubo ay mabilis na nakabukas, kung gayon ang pellet ay pinakamabilis na mahuhulog, pagkatapos ay ang espongha, at ang huling maabot ang ilalim ng tubo ay ang balahibo. Ganito ang pagbagsak ng mga katawan kapag may hangin sa tubo. Ngayon ay ibomba natin ang hangin mula sa tubo gamit ang isang bomba at, nang isara ang balbula pagkatapos mag-pump out, ibalik muli ang tubo, makikita natin na ang lahat ng mga katawan ay bumagsak nang may parehong agarang bilis at maabot ang ilalim ng tubo halos sabay-sabay.

Ang pagbagsak ng mga katawan sa walang hangin na espasyo sa ilalim ng impluwensya ng gravity lamang ay tinatawag na libreng pagkahulog.

Kung ang puwersa ng paglaban ng hangin ay bale-wala kumpara sa puwersa ng grabidad, kung gayon ang paggalaw ng katawan ay napakalapit sa libre (halimbawa, kapag nahulog ang isang maliit na mabigat na makinis na bola).

Dahil ang puwersa ng grabidad na kumikilos sa bawat katawan malapit sa ibabaw ng Earth ay pare-pareho, ang isang malayang bumabagsak na katawan ay dapat gumalaw nang may patuloy na acceleration, ibig sabihin, pantay na pinabilis (ito ay sumusunod mula sa pangalawang batas ni Newton). Ang acceleration na ito ay tinatawag acceleration libreng pagkahulog at may marka ng liham. Ito ay nakadirekta patayo pababa sa gitna ng Earth. Ang halaga ng gravitational acceleration malapit sa ibabaw ng Earth ay maaaring kalkulahin ng formula

(ang formula ay nakuha mula sa batas ng unibersal na grabitasyon), g\u003d 9.81 m / s 2.

Ang acceleration ng free fall, tulad ng gravity, ay depende sa taas sa ibabaw ng Earth (

), mula sa hugis ng Earth (ang Earth ay patag sa mga pole, kaya ang polar radius ay mas mababa kaysa sa ekwador, at ang free fall acceleration sa pole ay mas malaki kaysa sa ekwador: g P =9.832 m/s 2 ,g eh =9.780 m/s 2 ) at mula sa mga deposito ng makakapal na batong panlupa. Sa mga lugar ng mga deposito, halimbawa, iron ore, ang density crust ng lupa mas marami at mas malaki din ang free fall acceleration. At kung saan may mga deposito ng langis, g mas maliit. Ito ay ginagamit ng mga geologist sa paghahanap ng mga mineral.

Talahanayan 1. Pagpapabilis ng libreng pagkahulog sa iba't ibang taas sa ibabaw ng Earth.

Talahanayan 2. Pagpapabilis ng libreng pagkahulog para sa ilang lungsod.

Dahil ang acceleration ng libreng pagkahulog malapit sa ibabaw ng Earth ay pareho, ang libreng pagbagsak ng mga katawan ay isang pare-parehong pinabilis na paggalaw. Kaya maaari itong ilarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na expression:

at

. Kasabay nito, isinasaalang-alang na kapag umaangat, ang velocity vector ng katawan at ang free fall acceleration vector ay nakadirekta sa magkabilang panig, kaya ang kanilang mga projection ay mayroon iba't ibang palatandaan. Kapag bumababa, ang velocity vector ng katawan at ang free-fall acceleration vector ay nakadirekta sa parehong direksyon, kaya ang kanilang mga projection ay may parehong mga palatandaan.

Kung ang isang katawan ay itinapon sa isang anggulo sa abot-tanaw o pahalang, kung gayon ang paggalaw nito ay maaaring mabulok sa dalawa: pantay na pinabilis nang patayo at pantay na pahalang. Pagkatapos, upang ilarawan ang galaw ng katawan, dapat idagdag ang dalawa pang equation: v x = v 0 x at s x = v 0 x t.

Pagpapalit sa formula

sa halip na masa at radius ng Earth, ayon sa pagkakabanggit, ang masa at radius ng ibang planeta o satellite nito, matutukoy ng isa ang tinatayang halaga ng pagbilis ng libreng pagkahulog sa ibabaw ng alinman sa mga celestial na katawan na ito.

Talahanayan 3 Pagpapabilis ng libreng pagkahulog sa ibabaw ng ilan

celestial body (para sa ekwador), m / s 2.

Ito ay kilala na ang lahat ng mga katawan na natitira sa kanilang sarili ay nahulog sa Earth. Ang mga katawan na itinapon ay bumabalik sa Earth. Sinasabi namin na ang pagbagsak na ito ay dahil sa gravity ng Earth.

Ito ay isang pangkalahatang kababalaghan, at sa kadahilanang ito lamang ang pag-aaral ng mga batas ng libreng pagkahulog ng mga katawan sa ilalim lamang ng impluwensya ng gravity ng Earth ay partikular na interes. Gayunpaman, ang pang-araw-araw na mga obserbasyon ay nagpapakita na normal na kondisyon iba-iba ang pagbagsak ng mga katawan. Mabilis na bumagsak ang mabigat na bola liwanag na dahon dahan-dahang bumabagsak ang papel at kasama ang isang kumplikadong tilapon.

Ang likas na katangian ng paggalaw, bilis at acceleration ng mga bumabagsak na katawan sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay nakasalalay sa gravity ng mga katawan, ang kanilang laki at hugis.

Ipinapakita ng mga eksperimento na ang mga pagkakaibang ito ay dahil sa pagkilos ng hangin sa mga gumagalaw na katawan. Ang air resistance na ito ay ginagamit din sa pagsasanay, halimbawa kapag skydiving. Ang pagbagsak ng isang skydiver bago at pagkatapos ng pagbubukas ng parachute ay nagsuot magkaibang karakter. Ang pagbubukas ng parachute ay nagbabago sa likas na katangian ng paggalaw, ang bilis at pagbilis ng pagbabago ng parachutist.

Hindi sinasabi na ang gayong mga paggalaw ng mga katawan ay hindi matatawag na libreng pagkahulog sa ilalim ng impluwensya ng grabidad lamang. Kung nais nating pag-aralan ang malayang pagbagsak ng mga katawan, dapat nating ganap na palayain ang ating sarili mula sa pagkilos ng hangin, o kahit papaano ay pantay-pantay ang impluwensya ng hugis at sukat ng mga katawan sa kanilang paggalaw.

Ang mahusay na siyentipikong Italyano na si Galileo Galilei ang unang nakaisip ng ideyang ito. Noong 1583, sa Pisa, ginawa niya ang mga unang obserbasyon sa mga tampok ng libreng pagbagsak ng mabibigat na bola ng parehong diameter, pinag-aralan ang mga batas ng paggalaw ng mga katawan ayon sa hilig na eroplano at paggalaw ng mga katawan na itinapon sa isang anggulo sa abot-tanaw.

Ang mga resulta ng mga obserbasyong ito ay nagbigay-daan kay Galileo na matuklasan ang isa sa ang pinakamahalagang batas modernong mekanika, na tinatawag na batas ni Galileo: lahat ng katawan sa ilalim ng impluwensya ng gravity ng lupa ay nahuhulog sa Earth na may parehong acceleration.

Ang bisa ng batas ni Galileo ay malinaw na makikita sa simpleng karanasan. Maglagay tayo ng ilang mabibigat na pellets, magaan na balahibo at mga piraso ng papel sa isang mahabang glass tube. Kung ilalagay mo ang tubo na ito nang patayo, ang lahat ng mga bagay na ito ay mahuhulog dito sa iba't ibang paraan. Kung ang hangin ay pumped out sa tubo, pagkatapos ay kapag ang eksperimento ay paulit-ulit, ang parehong mga katawan ay mahuhulog sa eksaktong parehong paraan.

Sa libreng pagkahulog, lahat ng mga katawan na malapit sa ibabaw ng Earth ay gumagalaw na may pare-parehong pagbilis. Kung, halimbawa, kukuha kami ng isang serye ng mga snapshot ng nahuhulog na bola pantay na pagitan oras, pagkatapos ay sa pamamagitan ng mga distansya sa pagitan ng sunud-sunod na mga posisyon ng bola matutukoy na ang paggalaw ay talagang pantay na pinabilis. Sa pamamagitan ng pagsukat sa mga distansyang ito, madali ding kalkulahin at numerical value free fall acceleration, na karaniwang tinutukoy ng titik

AT iba't ibang puntos ang globo ang numerical value ng acceleration ng free fall ay hindi pareho. Ito ay halos nag-iiba mula sa poste hanggang sa ekwador. Karaniwan, ang halaga ay kinukuha bilang ang "normal" na halaga ng acceleration ng libreng pagkahulog. Gagamitin namin ang halagang ito kapag nagso-solve mga praktikal na gawain. Para sa mga magaspang na kalkulasyon, kung minsan ay kukuha kami ng isang halaga, partikular na itinatakda ito sa simula ng paglutas ng problema.

Napakalaki ng kahalagahan ng batas ni Galileo. Ito ay nagpapahayag ng isa sa ang pinakamahalagang katangian bagay, nagbibigay-daan sa amin na maunawaan at ipaliwanag ang maraming mga tampok ng istraktura ng ating Uniberso.

Ang batas ni Galileo, na tinatawag na prinsipyo ng equivalence, ay pumasok sa pundasyon ng pangkalahatang teorya grabidad(gravity), na nilikha ni A. Einstein sa simula ng ating siglo. Tinawag ni Einstein ang teoryang ito pangkalahatang teorya relativity.

Ang kahalagahan ng batas ni Galileo ay napatunayan din ng katotohanan na ang pagkakapantay-pantay ng mga acceleration sa pagbagsak ng mga katawan ay patuloy na sinuri at may patuloy na pagtaas ng katumpakan sa loob ng halos apat na raang taon. Pinakabago mga kilalang sukat nabibilang sa Hungarian scientist na si Eötvös at Sobyet na pisiko V. B. Braginsky. Sinuri ng Eötvös noong 1912 ang pagkakapantay-pantay ng mga acceleration ng libreng pagkahulog sa ikawalong decimal place. V. B. Braginsky noong 1970-1971, gamit ang modernong elektronikong kagamitan, sinuri ang bisa ng batas ni Galileo na may katumpakan hanggang sa ikalabindalawang decimal place kapag tinutukoy ang numerical na halaga

Teorya

Ang libreng pagbagsak ng mga katawan ay tinatawag na pagbagsak ng mga katawan sa Earth sa kawalan ng air resistance (sa isang walang laman). AT huli XVI siglo, ang sikat na siyentipikong Italyano na si G. Galilei empirically sa katumpakan na magagamit para sa oras na iyon, itinatag niya na sa kawalan ng air resistance, ang lahat ng mga katawan ay nahuhulog sa Earth na may pare-parehong acceleration, at na sa isang partikular na punto sa Earth, ang acceleration ng lahat ng mga katawan sa panahon ng taglagas ay pareho. Bago ito, sa loob ng halos dalawang libong taon, simula kay Aristotle, karaniwang tinatanggap sa agham na ang mabibigat na katawan ay bumabagsak sa Earth nang mas mabilis kaysa sa magaan.

Ang acceleration kung saan nahuhulog ang mga katawan sa Earth ay tinatawag na free fall acceleration. Ang gravitational acceleration vector ay ipinahiwatig ng simbolo, ito ay nakadirekta patayo pababa. sa iba't ibang bahagi ng mundo, depende sa heograpikal na latitude at taas sa ibabaw ng dagat, lumalabas na hindi pantay ang numerical value ng g, na nag-iiba mula sa humigit-kumulang 9.83 m/s 2 sa mga pole hanggang 9.78 m/s 2 sa ekwador. Sa latitude ng Moscow, g \u003d 9.81523 m / s 2. Karaniwan, kung hindi kinakailangan ang mataas na katumpakan sa mga kalkulasyon, kung gayon ang numerical na halaga ng g sa ibabaw ng Earth ay kukunin na katumbas ng 9.8 m/s 2 o kahit na 10 m/s 2.

MGA EKSPERIMENTO NI GALILEO NA MAY NAHULOG NA KATAWAN

Si Galileo ang unang nakatuklas niyan mabibigat na bagay bumagsak kasing bilis ng baga. Upang subukan ang pagpapalagay na ito, bumaba si Galileo Galilei nakahilig na tore ng pisa sa parehong sandali, isang cannonball na tumitimbang ng 80 kg at isang mas magaan na bala ng musket na tumitimbang ng 200 g. Ang parehong mga katawan ay may humigit-kumulang sa parehong naka-streamline na hugis at umabot sa lupa sa parehong oras. Bago sa kanya, ang pananaw ni Aristotle ay nangingibabaw, na nagtalo na ang mga magaan na katawan ay bumabagsak mula sa isang taas nang mas mabagal kaysa sa mga mabibigat.

Ganyan ang alamat. Walang katibayan sa archive na ang gayong eksperimento ay aktwal na isinagawa. Bukod dito, ang isang cannonball at isang bala ay may ibang radius, sila ay maaapektuhan ng magkaibang lakas paglaban ng hangin at, samakatuwid, hindi nila maabot ang lupa nang sabay. Naunawaan din ito ni Galileo. Gayunpaman, isinulat niya na "... ang pagkakaiba sa bilis ng paggalaw sa hangin ng mga bolang gawa sa ginto, tingga, tanso, porpiri at iba pa mabibigat na materyales napakaliit anupat ang isang bolang ginto, sa libreng pagkahulog sa layo na isang daang siko, ay tiyak na hihigit sa isang bolang tanso ng hindi hihigit sa apat na daliri. Nang magawa ang obserbasyon na ito, napagpasyahan ko na sa isang daluyan na ganap na walang anumang pagtutol, ang lahat ng mga katawan ay mahuhulog sa parehong bilis. pagsunod sa mga batas bumabagsak na katawan para sa perpektong kaso:
1. Kapag nahuhulog, ang lahat ng mga katawan ay gumagalaw sa parehong paraan: na nagsimulang mahulog sa parehong oras, sila ay gumagalaw sa parehong bilis
2. Ang paggalaw ay nangyayari nang may patuloy na pagbilis.

Di-nagtagal pagkatapos ng Galileo, nilikha ang mga air pump na naging posible na mag-eksperimento sa libreng pagkahulog sa isang vacuum. Sa layuning ito, pinalabas ni Newton ang hangin mula sa isang mahabang glass tube at naghagis ng balahibo ng ibon at gintong barya. Maging ang mga katawan na magkaiba sa kanilang density ay nahulog sa parehong bilis.