Ускорение свободного падения

Ускорение свободного падения — это ускорение, с которым объекты падают на Землю (или на любую другую планету) в результате действия силы тяжести. На Земле это ускорение обозначается буквой g и составляет примерно 9.81 м/с² . Это значит, что скорость падающего объекта увеличивается на 9.81 м/с каждую секунду.

Закон всемирного тяготения

Ускорение свободного падения связано с законом всемирного тяготения, сформулированным Исааком Ньютоном в 17 веке. Этот закон гласит, что все тела притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Формула выглядит так:

F = (G m₁ m₂) / r²

где:
• F — сила притяжения,
• G — гравитационная постоянная, G ≈ 6.674 × 10⁻¹¹Н ⋅ м²/кг²
• m₁ и m₂ — массы объектов,
• r — расстояние между центрами масс объектов.

Почему именно 9.81 м/с² ?

Значение ускорения свободного падения зависит от массы планеты и радиуса её поверхности. На других планетах это значение будет другим:

• На Луне g составляет примерно 1.62 м/с² (в 6 раз меньше, чем на Земле).
• На Марсе — около 3.71 м/с² .
• На Юпитере — около 24.79 м/с² .

Это объясняет, почему ты чувствуешь себя легче на Луне и тяжелее на Юпитере!

Свободное падение и сопротивление воздуха

Важно помнить, что ускорение свободного падения происходит в вакууме, где нет сопротивления воздуха. В реальных условиях на Земле объекты падают медленнее из-за сопротивления воздуха. Например, если ты урониш перо и мячик, мячик упадет быстрее из-за своей большей массы и меньшего влияния сопротивления воздуха.

Примеры из жизни

1. Падение яблока: Когда яблоко падает с дерева, оно ускоряется с каждым моментом, пока не достигнет земли. Если бы не было сопротивления воздуха, оно упало бы быстрее.

2. Эксперименты Галилея: Галилей проводил эксперименты с падающими телами и доказал, что все объекты падают с одинаковым ускорением вне зависимости от их массы. Он сбрасывал шарики с Пизанской башни и наблюдал за их падением.

3. Парашютисты: Когда парашютист прыгает с самолета, он сначала падает с ускорением g , но по мере увеличения скорости сопротивление воздуха растет. В конечном итоге он достигает состояния равновесия, когда силы тяжести и сопротивления уравновешиваются, и его скорость становится постоянной (это называется терминальная скорость).

Ускорение свободного падения в формуле

Если ты хочешь рассчитать высоту, с которой падает объект или время его падения, можно использовать формулы кинематики:

1. Высота падения:

h = gt² / 2

где h — высота, g — ускорение свободного падения, t — время падения.

2. Скорость при падении:

v = gt

где v — конечная скорость объекта.

Интересные факты о свободном падении

1. Эксперименты с вакуумом: В вакуумной камере можно продемонстрировать свободное падение объектов разной массы (например, перо и молоток), которые упадут одновременно.

2. Гравитационные волны: Ускорение свободного падения связано не только с классической механикой, но и с общей теорией относительности Эйнштейна. Гравитация искривляет пространство-время, и это искривление влияет на движение объектов.

3. Космические путешествия: Астронавты на МКС испытывают состояние невесомости не потому, что нет гравитации, а потому что они находятся в состоянии свободного падения вместе с космической станцией.

Заключение

Ускорение свободного падения — это фундаментальное понятие в физике, которое объясняет множество явлений в нашем мире. Оно помогает нам понять природу гравитации и взаимодействие объектов.