4.5. Свободное падение
1. Примером равноускоренного движения является свободное падение. Так называют такое падение, когда на тело действует только сила тяжести, т. е. когда сопротивление воздуха отсутствует. Строго говоря, свободное падение можно наблюдать только в вакууме, но если тело массивное и скорость его не очень велика, то сопротивлением воздуха можно пренебречь и падение в воздухе считать свободным.
2. В воздухе очень легкие тела (пушинки, листья) падают заметно медленнее, чем тяжелые. Великий итальянский физик Галилей (1564—1642 гг.) опытами и рассуждениями сумел доказать, что сопротивление воздуха по-разному влияет на падение легких и тяжелых тел, и только этим объясняется различие во времени их падения. В пустоте они должны падать одинаково быстро. Уже после смерти Галилея был изобретен воздушный насос, способный выкачивать воздух из сосудов. Выкачав воздух из стеклянной трубки, прямыми опытами доказали, что даже самые легкие тела в вакууме падают так же быстро, как тяжелые. Помещая в трубку птичье перышко и металлическую гирьку, убедились, что в вакууме они падают одинаково быстро. Если впустить в трубку немного воздуха, то перышко отстает от гирьки. Особенно велико отставание, когда в трубке устанавливается нормальное атмосферное давление.
3. Галилей опытным путем открыл закономерности свободного падения. Он установил, что:
а) свободное падение является движением равноускоренным;
б) ускорение легких и тяжелых тел одинаково. Ускорение свободного падения обозначают буквой "g".
Измерения показали, что g = 9,8 м/с2.
Поскольку свободное падение есть движение равноускоренное, для расчета этого движения годятся все формулы равноускоренного движения (§ 10). Только ускорение обозначают в этом случае не «а», a "g".
Упражнение 6.
1. Сколько времени и с какой высоты падал камень, если в момент падения его скорость была 30 м/с? (О т в е т: 3 с; 45 м).
2. Из одной и той же точки уронили сначала один камень, а через 2 с — другой. Каково будет расстояние между камнями через 5 с после того, как уронили первый камень? (О т в е т: 80 м).
3. Тело свободно падает с высоты 45 м. Какой путь прошло оно за последнюю секунду своего падения? (О т в е т: 25 м).
4. Свободно падающее тело за последние 2 с своего падения прошло 40 м. Сколько времени оно падало? (О т в е т: 3 с).
5. Тело свободно падало 4 с. Какую начальную скорость надо было ему сообщить, чтобы оно прошло тот же путь за вдвое меньшее время? (О т в е т: 30 м/с).
