Ім'я файлу: Вільне падіння (реферат) Чарушин.docx
Розширення: docx
Розмір: 1439кб.
Дата: 01.02.2021
скачати








РЕФЕРАТ

Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння



Яскравим прикладом рівноприскореного руху є вільне падіння тіл – рух із постійним прискоренням. Під час падіння 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.

С правді, 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)

з знаменитої похилої Пізанської вежі , 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 . 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 прискоренняЯ кщо 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 .

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 . Потім насосом відкачують повітря з трубки  і повторюють дослід. Тепер ці тіла знову падають і досягають трубки одночасно .

Рух тіла під впливом лише земного тяжіння називають вільним падінням.

Відповідно і прискорення, яке надає земна куля всім тілам, називають прискоренням вільного падіння.

Прискорення вільного падіння. 

Його модуль позначають літерою g (першою літерою латинського gravitas – тяжіння). Вектор прискорення g напрямлений по вертикалі вниз. Коли тіло падає, його швидкість зростає, бо напрями векторів швидкості і прискорення співпадають. Швидкість тіла, кинутого з певною швидкістю вертикально вгору, з часом зменшується, бо прискорення напрямлене вертикально вниз.

П рискорення вільного падіння дещо змінюється

залежно від географічної широти місця на поверхні Землі.

Так, на екваторі g = 9,78 м/с2, на полюсах Землі g = 9,83 м/с2.

Ця різниця значень зумовлена обертанням Землі навколо

своєї осі. Для Києва вимірювання дають таке значення

прискорення вільного падіння: g ≈ 9,81 м/с2. Для розв’язування

багатьох задач можна вважати, що прискорення вільного падіння

поблизу поверхні Землі дорівнює 9,81 м/с2 або й 10 м/с2.

На Місяці нема атмосфери, тому астронавти спостерігали синхронне падіння предметів, що відбувалось з однаковим прискоренням.

Прискорення вільного падіння на Місяці приблизно у 6 разів менше, ніж на Землі:

m = 1,6 м/с2

Падіння тіл у повітрі. 

У повітрі тіла падають інакше, ніж у вакуумі. На тіло, що падає у повітрі, діє сила опору повітря. На початку вільного падіння в повітрі тіло падає з прискоренням вільного падіння, оскільки сила опору повітря надзвичайно мала і нею можна знехтувати. Коли сила опору повітря зі зростанням швидкості тіла стає рівною силі тяжіння, прискорення тіла стає рівним нулю. Поблизу Землі тіла, що падають із великої висоти, мають сталу швидкість.

Легкі тіла з великою площею поверхні (сніжинки, листя дерев) через короткий проміжок часу починають рухатись у повітрі рівномірно з невеликою швидкістю.

Вільне падіння є рівноприскореним рухом.
Закон всесвітнього тяжіння.

Аналізуючи закони руху планет і закони вільного падіння тіл на Землі,

Ньютон дійшов висновку, що сили притягання мають існувати не лише на

Землі, а й у космосі, що притягання тіл є властивістю матерії.

Для тіл масами m 1 і m 2 закон всесвітнього тяжіння формулюється так:

два тіла (матеріальні точки) притягуються одне до одного із силою, прямо

пропорційною добутку їх мас й обернено пропорційною квадрату відстані між

н ими:




F - сила всесвітнього тяжіння, Н;

m 1 i m 2 - маси взаємодіючих тіл, кг;

r – відстань між матеріальними точками (центрами куль), м;

G – гравітаційна стала (коефіцієнт пропорційності), Н . м 2 /кг 2

Гравітаційна стала чисельно дорівнює силі, з якою притягуються два

тіла масою по 1 кг кожне, що знаходяться на відстані 1 м одне від одного:

G = 6 , 67 · 1011 Н . м 2 кг 2
Гравітаційна стала не залежить від середовища, в

якому перебувають тіла, від їхнього руху, фізичних та

хімічних властивостей. Її числове значення вперше

визначив дослідним шляхом у 1798 році англійський вчений

Г. Кавендіш.
Закон всесвітнього тяжіння є основою класичної нерелятивістської теорії

гравітації. Закон всесвітнього тяжіння виконується:

- для тіл, лінійні розміри яких набагато менші ніж відстань між ними (для

матеріальних точок);

- для однорідних куль, наприклад, системи Земля - Місяць; або для однорідної

кулі й точкового тіла, наприклад, для обертання штучного супутника навколо

Землі.
Гравітаційне поле та гравітаційна сила.

Гравітаційна взаємодія – взаємодія, яка є властивою всім тілам у Всесвіті й

виявляється в їхньому взаємному притяганні одне до одного.

Гравітаційне поле – особливий вид матерії, за допомогою якого здійснюється

гравітаційна взаємодія та існує навколо будь-якого тіла. (існує навколо будь-

якого тіла: зорі, планети, людини, книжки, молекули, атома)

Гравітаційні сили, які діють на кожне з двох взаємодіючих тіл, однакові за

величиною і протилежні за напрямком - у повній відповідності з третім законом

Ньютона. Вони напрямлені вздовж прямої, яка з’єднує центри мас тіл.
Сила тяжіння.

Земля оточена її гравітаційним полем, яке називають полем тяжіння Землі.

Згідно із законом всесвітнього тяжіння модуль сили тяжіння F тяж , яка діє на

будь-яке тіло масою m поблизу Землі (на відстані h від її поверхні), можна

о бчислити за формулою:




Сила тяжіння, що діє на тіло, напрямлена вертикально

вниз і прикладена до точки, яку називають центром

тяжіння тіла.

Центр тяжіння - це зв’язана з твердим тілом точка, через яку проходить рівнодійна сил тяжіння, що діють на всі частини тіла (при будь-якому положенні тіла в просторі).

Центр маси - це точка, через яку повинен проходити напрямок дії сили, що надає тілу прискореного поступального руху.

Для тіл, розміри яких значно менші ніж розміри земної кулі, центр маси

практично збігається із центром тяжіння.

Прискорення вільного падіння.

Якщо на тіло масою m діє тільки сила тяжіння, то це тіло вільно падає,

рухаючись із прискоренням вільного падіння g.

Маємо дві формули для визначення модуля сили тяжіння:




Отже, маємо формулу прискорення вільного падіння



Прискорення вільного падіння залежить від географічної широти.

Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла (довів Ґ. Ґалілей).

Прискорення вільного падіння зменшується в разі збільшення висоти h тіла над

поверхнею Землі.

Якщо тіло перебуває на поверхні Землі (h = 0) або на висоті кількох

кілометрів (h≪Rз):



Для проведення розрахунків, згідно з рішенням третьої Генеральної конференції з мір та ваг у 1901 році, було прийняте стандартне значення прискорення вільного падіння 

g = 9,80665 м/с2.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас