Швидкість вільного падіння
Відомо, що планета Земля притягує будь-яке тіло до свого ядру за допомогою так званого гравітаційного поля. Це означає, що чим більше відстань між тілом і поверхнею нашої планети, тим з більшою силою Земля впливає на нього, і тим виражено сила тяжіння.
На тіло, падаюче вертикально вниз, як і раніше впливає вищезгадана сила, завдяки дії якої тіло неодмінно впаде вниз. Залишається відкритим питання про те, яка буде його швидкість при падінні? З одного боку, на предмет впливає опір повітря, яке досить сильно, з іншого - тіло тим сильніше притягується до Землі, ніж воно від неї далі. Перше - очевидно буде перешкодою і зменшувати швидкість, друге - надавати прискорення і збільшувати швидкість. Таким чином, виникає інше питання про те, чи можливо саме вільне падіння в земних умовах? Строго кажучи, вільне падіння тіла можливе лише у вакуумі, де відсутні перешкоди у вигляді опору потоків повітря. Проте в рамках сучасної фізики вільним падінням тіла прийнято вважати вертикальний рух, який не зустрічає перешкод (опором повітря при цьому можна знехтувати).
Вся справа в тому, що створити умови, де на падаючий предмет не впливають інші сили, зокрема, той же повітря, можна тільки штучно. Експериментальним шляхом було доведено, що швидкість вільного падіння тіла у вакуумі завжди дорівнює одному й тому числу незалежно від ваги тіла. Такий рух отримало назву равноускоренное. Вперше воно було описано знаменитим фізиком і астрономом Галілео Галілеєм більше 4 століть тому. Актуальність таких висновків не втратила своєї сили донині.
Як вже було сказано, вільне падіння тіла в рамках буденного життя - це умовне і не зовсім коректне назву. За фактом ж швидкість вільного падіння будь-якого тіла нерівномірна. Тіло рухається з прискоренням, за рахунок чого подібний рух описується як окремий випадок рівноприскореного руху. Іншими словами, кожну секунду швидкість тіла буде змінюватися. Маючи на увазі дане застереження, можна знайти швидкість вільного падіння тіла. Якщо ми не надаємо предмету прискорення (тобто не кидаємо його, а просто опускаємо з висоти), то його початкова швидкість дорівнюватиме нулю: Vo = 0. З кожною секундою швидкість буде збільшуватися пропорційно пройшов часу і прискоренню: gt.
Тут важливо прокоментувати введення змінної g. Це - прискорення вільного падіння. Раніше нами вже було зазначено наявність прискорення при падінні тіла в нормальних умовах, тобто при наявності повітря і при впливі сили тяжіння. Будь-яке тіло падає на Землю з прискоренням, рівним 9,8 м / с2, незалежно від його маси.
Тепер, маючи на увазі цю обмовку, виводимо формулу, яка допоможе обчислити швидкість вільного падіння тіла:
V = Vo + gt.
Тобто до початкової швидкості (якщо ми надавали її тілу допомогою кидання, штовхання чи інших маніпуляцій) додаємо твір прискорення вільного падіння на ту кількість секунд, яке знадобилося тілу для того, щоб досягти поверхні. Якщо ж початкова швидкість дорівнює нулю, то формула набуває вигляду:
V = gt.
Тобто попросту твір прискорення вільного падіння на час.
Подібним чином, знаючи швидкість вільного падіння предмета, можна вивести час його пересування або початкову швидкість.
Слід також відрізняти формулу для підрахунку швидкості тіла, кинутого під кутом до горизонту, оскільки в цьому випадку будуть діяти сили, поступово уповільнюють швидкість руху кинутого предмета.
У випадку, розглянутому нами, на тіло діє тільки сила тяжіння і опір повітряних потоків, що, за великим рахунком, на зміну швидкості не впливає.