Kuinka laskea putoamisnopeus. Kuinka laskea putoamisnopeus. Laskentakaavat

Nopeus, jolla kappale putoaa kaasuun tai nesteeseen, vakiintuu, kun kappale saavuttaa nopeuden, jossa painovoiman vetovoima tasapainotetaan väliaineen vastusvoimalla.

Kun suurempia esineitä liikkuu viskoosissa väliaineessa, muut efektit ja kuviot alkavat kuitenkin vallita. Kun sadepisarat saavuttavat vain millimetrin kymmenesosien halkaisijan, ns pyörteitä tuloksena virtauksen häiriö. Olet ehkä huomannut ne erittäin selvästi: kun auto ajaa syksyllä kaatuneiden lehtien peittämää tietä, kuivat lehdet eivät vain leviä auton sivuille, vaan alkavat pyöriä eräänlaisella valssilla. Niiden kuvaamat ympyrät seuraavat tarkasti viivoja von Karmanin pyörteitä, jotka saivat nimensä unkarilaissyntyisen fyysikon Theodore von Kármánin (1881-1963) kunniaksi, josta muutettuaan Yhdysvaltoihin ja työskenneltyään California Institute of Technologyssa, tuli yksi modernin soveltavan aerodynamiikan perustajista. Nämä turbulentit pyörteet aiheuttavat yleensä jarrutusta - ne vaikuttavat pääasiassa siihen, että auto tai lentokone, joka on kiihtynyt tiettyyn nopeuteen, kohtaa jyrkästi lisääntyneen ilmanvastuksen eikä pysty kiihtymään enempää. Jos olet koskaan ajanut henkilöautoasi suurella nopeudella raskaan ja nopeasti vastaan ​​tulevan pakettiauton kanssa ja auto on alkanut "pyörtyä" puolelta toiselle, tiedä, että olet löytänyt itsesi von Karmanin pyörteestä ja tutustunut siihen ensimmäisenä. käsi.

Kun suuret kappaleet putoavat vapaasti ilmakehässä, pyörteet alkavat lähes välittömästi ja putoamisen maksiminopeus saavutetaan hyvin nopeasti. Esimerkiksi laskuvarjohyppääjillä maksiminopeus vaihtelee 190 km/h maksimiilmavastuksella, kun he putoavat kädet ojennettuina, 240 km/h sukeltaessa kuin kala tai sotilas.

Hän otti kaksi lasiputkea, joita kutsuttiin Newtonin putkiksi, ja pumppasi niistä ilman pois (kuva 1). Sitten hän mittasi raskaan pallon ja kevyen höyhenen putoamisajan näissä putkissa. Kävi ilmi, että ne putoavat samaan aikaan.

Näemme, että jos poistamme ilmanvastuksen, mikään ei estä höyheniä tai palloa putoamasta - ne putoavat vapaasti. Juuri tämä ominaisuus muodosti perustan vapaan pudotuksen määritelmälle.

Vapaa pudotus on kehon liikettä vain painovoiman vaikutuksesta, muiden voimien puuttuessa.

Millainen on vapaa pudotus? Jos nostat jotakin esinettä ja vapautat sen, kohteen nopeus muuttuu, mikä tarkoittaa, että liike kiihtyy, jopa tasaisesti.

Ensimmäistä kertaa Galileo Galilei totesi ja osoitti, että kappaleiden vapaa pudotus kiihtyy tasaisesti. Hän mittasi kiihtyvyyden, jolla tällaiset kappaleet liikkuvat, sitä kutsutaan painovoiman kiihtyvyydeksi, ja se on noin 9,8 m/s 2.

Vapaa pudotus on siis tasaisesti kiihdytetyn liikkeen erikoistapaus. Tämä tarkoittaa, että kaikki saadut yhtälöt ovat voimassa tälle liikkeelle:

nopeusprojektio: V x = V 0x + a x t

siirtymäprojektio: S x = V 0x t + a x t 2 /2

kehon sijainnin määrittäminen milloin tahansa: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x tarkoittaa, että liikkeemme on suoraviivaista x-akselia pitkin, jonka valitsimme perinteisesti vaakasuunnassa.

Jos runko liikkuu pystysuunnassa, on tapana merkitä y-akseli ja saamme (kuva 2):

Riisi. 2. Vartalon pystysuuntainen liike ()

Yhtälöt saavat seuraavan täysin identtisen muodon, jossa g on painovoiman kiihtyvyys, h on korkeuden siirtymä. Nämä kolme yhtälöä kuvaavat kuinka ratkaista mekaniikan pääongelma vapaan pudotuksen tapauksessa.

Runko heitetään pystysuoraan ylöspäin alkunopeudella V 0 (kuva 3). Etsitään korkeus, johon ruumis heitetään. Kirjoita tämän kappaleen liikeyhtälö:

Riisi. 3. Esimerkkitehtävä ()

Yksinkertaisimpien yhtälöiden tunteminen antoi meille mahdollisuuden löytää korkeus, johon voimme heittää kehon.

Painovoiman aiheuttaman kiihtyvyyden suuruus riippuu alueen maantieteellisestä leveysasteesta, se on suurin napoilla ja pienin päiväntasaajalla. Lisäksi vapaan pudotuksen kiihtyvyys riippuu maankuoren koostumuksesta sen paikan alla, missä olemme. Jos on raskaita mineraaliesiintymiä, g:n arvo on hieman suurempi, jos siellä on tyhjiä paikkoja, se on hieman pienempi. Geologit käyttävät tätä menetelmää raskaiden malmien tai kaasujen, öljyn esiintymien määrittämiseen, sitä kutsutaan gravimetriaksi.

Jos haluamme kuvata tarkasti maan pinnalle putoavan kappaleen liikettä, meidän on muistettava, että ilmanvastus on edelleen olemassa.

Pariisilainen fyysikko Lenormand 1700-luvulla, kiinnitettyään neulepuikkojen päät tavalliseen sateenvarjoon, hyppäsi talon katolta. Menestyksensä rohkaisemana hän teki erityisen sateenvarjon istuimella ja hyppäsi tornista Montelierin kaupungissa. Hän kutsui keksintöään laskuvarjoksi, joka käännettynä ranskasta tarkoittaa "putoamista estävää".

Galileo Galilei osoitti ensimmäisenä, että aika, jolloin kappale putoaa maahan, ei riipu sen massasta, vaan sen määräävät itse maan ominaisuudet. Esimerkkinä hän mainitsi keskustelun tietyn massan omaavan kehon putoamisesta tietyn ajanjakson aikana. Kun tämä kappale jaetaan kahteen identtiseen puolikkaaseen, ne alkavat pudota, mutta jos kehon putoamisnopeus ja -aika riippuvat massasta, niin niiden pitäisi pudota hitaammin, mutta miten? Loppujen lopuksi niiden kokonaismassa ei ole muuttunut. Miksi? Ehkä toinen puolisko estää toista puoliskoa putoamasta? Pääsemme ristiriitaan, mikä tarkoittaa, että oletus, että putoamisnopeus riippuu kehon massasta, on epäoikeudenmukainen.

Siksi pääsemme oikeaan vapaan pudotuksen määritelmään.

Vapaa pudotus on kehon liikettä vain painovoiman vaikutuksesta. Muut voimat eivät vaikuta kehoon.

Olemme tottuneet käyttämään gravitaatiokiihtyvyyden arvoa 9,8 m/s 2, tämä on fysiologiamme kannalta sopivin arvo. Tiedämme, että painovoiman aiheuttama kiihtyvyys vaihtelee maantieteellisen sijainnin mukaan, mutta nämä muutokset ovat merkityksettömiä. Mitä arvoja painovoiman kiihtyvyys saa muilta taivaankappaleilta? Kuinka ennustaa, onko ihmisen mukava olemassaolo siellä mahdollista? Muistakaamme vapaan pudotuksen kaava (kuva 4):

Riisi. 4. Planeettojen vapaan pudotuksen kiihtyvyystaulukko ()

Mitä massiivisempi taivaankappale on, mitä suurempi vapaan pudotuksen kiihtyvyys siihen on, sitä mahdottomumpi on ihmiskehon olla sen päällä. Kun tiedämme eri taivaankappaleiden painovoiman kiihtyvyyden, voimme määrittää näiden taivaankappaleiden keskimääräisen tiheyden, ja tietäen keskimääräisen tiheyden voimme ennustaa, mistä nämä kappaleet on tehty, eli määrittää niiden rakenteen.

Asia on siinä, että painovoiman kiihtyvyyden mittaaminen eri kohdissa maapallolla on tehokas geologisen tutkimuksen menetelmä. Tällä tavalla, ilman reikien kaivamista, ilman kaivojen tai kaivoksen poraamista, on mahdollista määrittää mineraalien esiintyminen maankuoren paksuudessa. Ensimmäinen menetelmä on mitata painovoiman kiihtyvyys käyttämällä geologisia jousivaakoja, joilla on ilmiömäinen herkkyys gramman miljoonasosaan asti (kuva 5).

Toinen tapa on käyttää erittäin tarkkaa matemaattista heiluria, koska tietäen heilurin värähtelyjakson voit laskea vapaan pudotuksen kiihtyvyyden: mitä lyhyempi jakso, sitä suurempi on vapaan pudotuksen kiihtyvyys. Tämä tarkoittaa, että mittaamalla painovoiman kiihtyvyyttä eri pisteissä maapallolla erittäin tarkalla heilurilla voit nähdä, onko siitä tullut suurempi vai pienempi.

Mikä on painovoiman kiihtyvyyden suuruuden normi? Maapallo ei ole täydellinen pallo, vaan geoidi, eli napoista hieman litistetty. Tämä tarkoittaa, että napoilla painovoimakiihtyvyyden arvo on suurempi kuin päiväntasaajalla, mutta samalla leveysasteella sen pitäisi olla sama. Tämä tarkoittaa, että mittaamalla painovoiman kiihtyvyyttä eri pisteissä samalla leveysasteella voimme arvioida sen muutoksen perusteella tiettyjen fossiilien läsnäolon. Tätä menetelmää kutsutaan gravimetriseksi tutkimukseksi, jonka ansiosta Kazakstanista ja Länsi-Siperiasta löydettiin öljyesiintymiä.

Mineraalien, raskaiden aineiden kerrostumien tai onteloiden esiintyminen voi vaikuttaa paitsi painovoiman kiihtyvyyden suuruuteen myös sen suuntaan. Jos mittaamme painovoiman kiihtyvyyttä suuren vuoren lähellä, niin tämä massiivinen kappale vaikuttaa painovoiman kiihtyvyyden suuntaan, koska se vetää puoleensa myös matemaattista heiluria, menetelmää, jolla mittaamme painovoiman kiihtyvyyttä.

Bibliografia

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysiikka (perustaso) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysiikka 10 luokka. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysiikka - 9, Moskova, koulutus, 1990.

Kotitehtävät

1. Millainen liike on vapaa pudotus?
2. Mitkä ovat vapaan pudotuksen piirteet?
3. Mikä kokemus osoittaa, että kaikki maan kappaleet putoavat samalla kiihtyvyydellä?

1. Internet-portaali Class-fizika.narod.ru ().
2. Internet-portaali Nado5.ru ().
3. Internet-portaali Fizika.in ().

Mikä on vapaa pudotus? Tämä on kappaleiden putoaminen maahan ilman vastusta. Toisin sanoen putoaminen tyhjyyteen. Tietenkin ilmanvastuksen puuttuminen on tyhjiö, jota ei tavallisissa olosuhteissa löydy maapallolta. Siksi emme ota huomioon ilmanvastuksen voimaa, koska se on niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta.

Painovoiman kiihtyvyys

Suorittaessaan kuuluisia kokeitaan Pisan kaltevassa tornissa Galileo Galilei huomasi, että kaikki kappaleet putoavat maan päälle samalla tavalla niiden massasta riippumatta. Eli kaikille kappaleille painovoiman kiihtyvyys on sama. Legendan mukaan tiedemies pudotti sitten tornista eri massaisia ​​palloja.

Painovoiman kiihtyvyys

Painovoimakiihtyvyys on kiihtyvyys, jolla kaikki kappaleet putoavat maahan.

Painovoiman kiihtyvyys on noin 9,81 m s 2 ja sitä merkitään kirjaimella g. Joskus, kun tarkkuus ei ole olennaisen tärkeää, painovoiman kiihtyvyys pyöristetään arvoon 10 m s 2.

Maa ei ole täydellinen pallo, ja maan pinnan eri kohdissa g:n arvo vaihtelee koordinaateista ja korkeudesta merenpinnasta riippuen. Näin ollen suurin painovoiman kiihtyvyys on navoilla (≈ 9,83 m s 2) ja pienin päiväntasaajalla (≈ 9,78 m s 2).

Vapaapudotusvartalo

Katsotaanpa yksinkertaista esimerkkiä vapaasta pudotuksesta. Anna jonkin kappaleen pudota korkeudelta h nollan alkunopeudella. Oletetaan, että nostimme pianon korkeuteen h ja vapautimme sen rauhallisesti.

Vapaa pudotus on suoraviivaista liikettä jatkuvalla kiihtyvyydellä. Ohjataan koordinaattiakseli kehon alkupisteestä Maahan. Käyttämällä kinemaattisia kaavoja suoraviivaiselle tasaisesti kiihdytetylle liikkeelle voimme kirjoittaa:

h = v 0 + g t 2 2 .

Koska alkunopeus on nolla, kirjoitamme uudelleen:

Täältä löydämme lausekkeen ruumiin putoamisajalle korkeudelta h:

Ottaen huomioon, että v = g t, saadaan kehon nopeus putoamishetkellä eli maksiminopeus:

v = 2 h g · g = 2 h g .

Vastaavasti voimme tarkastella pystysuunnassa ylöspäin tietyllä alkunopeudella heitetyn kappaleen liikettä. Esimerkiksi heitämme pallon ylös.

Olkoon koordinaattiakseli suunnattu pystysuoraan ylöspäin kehon heittopisteestä. Tällä kertaa vartalo liikkuu yhtä hitaasti menettäen nopeutta. Korkeimmassa kohdassa kehon nopeus on nolla. Kinemaattisten kaavojen avulla voimme kirjoittaa:

Korvaamalla v = 0, löydämme ajan, jolloin keho nousee maksimikorkeuteen:

Putoamisaika on sama kuin nousuaika ja ruumis palaa maan päälle t = 2 v 0 g jälkeen.

Pystysuoraan heitetyn rungon suurin nostokorkeus:

Katsotaanpa alla olevaa kuvaa. Se näyttää kaavioita kehon nopeuksista kolmelle liiketapaukselle kiihtyvyydellä a = - g. Tarkastellaan jokaista niistä, kun on aiemmin selvitetty, että tässä esimerkissä kaikki luvut pyöristetään ja vapaan pudotuksen kiihtyvyyden oletetaan olevan 10 m s 2.

Ensimmäinen kuvaaja on kappale, joka putoaa tietystä korkeudesta ilman alkunopeutta. Laskeutumisaika tp = 1 s. Kaavoista ja kaaviosta on helppo nähdä, että korkeus, josta kappale putosi, on h = 5 m.

Toinen käyrä on pystysuoraan ylöspäin heitetyn kappaleen liike alkunopeudella v 0 = 10 m s. Suurin nostokorkeus h = 5 m Nousuaika ja laskuaika t p = 1 s.

Kolmas kaavio on jatkoa ensimmäiselle. Putoava kappale pomppii pois pinnasta ja sen nopeus muuttaa jyrkästi merkkiä päinvastaiseksi. Kehon lisäliikettä voidaan harkita toisen kaavion mukaan.

Kehon vapaan pudotuksen ongelma liittyy läheisesti horisonttiin nähden tietyssä kulmassa heitetyn kappaleen liikkeen ongelmaan. Siten liike parabolista liikerataa pitkin voidaan esittää kahden itsenäisen liikkeen summana suhteessa pysty- ja vaaka-akseliin.

O Y -akselia pitkin kappale liikkuu tasaisesti kiihtyvyydellä g, tämän liikkeen alkunopeus on v 0 y. Liike O X -akselia pitkin on tasaista ja suoraviivaista, alkunopeudella v 0 x.

O X -akselia pitkin liikkumisen edellytykset:

x 0 = 0; v 0 x = v 0 cos a; a x = 0.

O Y -akselia pitkin liikkumisen ehdot:

y 0 = 0; v 0 y = v 0 sin α ; a y = - g .

Annetaan kaavat vaakatasoon nähden kulmassa heitetyn kappaleen liikkeelle.

Body lentoaika:

t = 2 v 0 sin α g .

Body lentomatka:

L = v 0 2 sin 2 α g .

Suurin lentoetäisyys saavutetaan kulmassa α = 45°.

L m a x = v 0 2 g.

Suurin nostokorkeus:

h = v 0 2 sin 2 α 2 g .

Huomaa, että todellisissa olosuhteissa horisonttiin nähden kulmaan heitetyn kappaleen liike voi tapahtua ilman- ja tuulenvastuksen vuoksi parabolisesta poikkeavaa liikerataa pitkin. Avaruuteen heitettyjen kappaleiden liikkeen tutkiminen on erityinen tiede - ballistiikka.

Jos huomaat tekstissä virheen, korosta se ja paina Ctrl+Enter

Klassisessa mekaniikassa gravitaatiokentässä vapaasti liikkuvan esineen tilaa kutsutaan vapaa pudotus. Jos esine putoaa ilmakehään, siihen kohdistuu lisävastusvoima ja sen liike ei riipu pelkästään painovoiman kiihtyvyydestä, vaan myös sen massasta, poikkileikkauksesta ja muista tekijöistä. Tyhjiössä putoavaan kappaleeseen kohdistuu kuitenkin vain yksi voima, nimittäin painovoima.

Esimerkkejä vapaasta pudotuksesta ovat avaruusalukset ja satelliitit matalalla Maan kiertoradalla, koska ainoa niihin vaikuttava voima on painovoima. Aurinkoa kiertävät planeetat ovat myös vapaassa pudotuksessa. Myös pienellä nopeudella maahan putoavia esineitä voidaan pitää vapaasti putoavina, koska tällöin ilmanvastus on mitätön ja voidaan jättää huomiotta. Jos ainoa esineisiin vaikuttava voima on painovoima eikä ilmanvastusta ole, kiihtyvyys on sama kaikille kohteille ja sama kuin maanpinnan painovoiman kiihtyvyys 9,8 metriä sekunnissa sekunnissa (m/s²) tai 32,2 jalkaa sekunnissa sekunnissa (ft/s²). Muiden tähtitieteellisten kappaleiden pinnalla painovoiman kiihtyvyys on erilainen.

Laskuvarjohyppääjät tietysti sanovat olevansa vapaassa pudotuksessa ennen kuin laskuvarjo avautuu, mutta itse asiassa laskuvarjohyppääjä ei voi koskaan olla vapaassa pudotuksessa, vaikka laskuvarjo ei olisi vielä avautunut. Kyllä, "vapaassa pudotuksessa" olevaan laskuvarjohyppääjään vaikuttaa painovoima, mutta häneen vaikuttaa myös päinvastainen voima - ilmanvastus, ja ilmanvastusvoima on vain hieman painovoimaa pienempi.

Jos ilmanvastusta ei olisi, kehon nopeus vapaassa pudotuksessa lisääntyisi 9,8 m/s sekunnissa.

Vapaasti putoavan kappaleen nopeus ja etäisyys lasketaan seuraavasti:

v₀ - alkunopeus (m/s).

v- lopullinen pystynopeus (m/s).

h₀ - alkukorkeus (m).

h- putoamiskorkeus (m).

t- syksyn aika (s).

g- vapaan pudotuksen kiihtyvyys (9,81 m/s2 maan pinnalla).

Jos v₀ = 0 ja h₀=0, meillä on:

jos vapaa pudotusaika on tiedossa:

jos vapaapudotusetäisyys tiedetään:

jos vapaan pudotuksen lopullinen nopeus tiedetään:

Näitä kaavoja käytetään tässä vapaapudotuslaskimessa.

Vapaassa pudotuksessa, kun ei ole voimaa tukea kehoa, painottomuutta. Painottomuudella tarkoitetaan sitä, ettei lattiasta, tuolista, pöydästä ja muista ympäröivistä esineistä vaikuta kehoon ulkoisia voimia. Toisin sanoen tue torjuntajoukkoja. Tyypillisesti nämä voimat vaikuttavat suunnassa, joka on kohtisuorassa tukipintaan nähden, ja useimmiten pystysuunnassa ylöspäin. Painottomuutta voi verrata vedessä uimiseen, mutta niin, että iho ei tunne vettä. Kaikki tietävät sen oman painon tunteen, kun lähdet maihin pitkän uinnin jälkeen meressä. Tästä syystä vesialtaita käytetään simuloimaan painottomuutta koulutuksessa kosmonautteja ja astronautteja.

Gravitaatiokenttä itsessään ei voi aiheuttaa painetta kehollesi. Siksi, jos olet vapaan pudotuksen tilassa suuressa esineessä (esimerkiksi lentokoneessa), joka on myös tässä tilassa, kehoon ei vaikuta ulkoiset vuorovaikutusvoimat kehon ja tuen välillä ja tunne painottomuus syntyy, melkein sama kuin vedessä.

Lentokoneet harjoitteluun nollapainoisissa olosuhteissa suunniteltu luomaan lyhytaikaista painottomuutta kosmonautien ja astronautien kouluttamiseen sekä erilaisten kokeiden suorittamiseen. Tällaisia ​​lentokoneita on ollut ja käytetään tällä hetkellä useissa maissa. Lyhyitä aikoja, jotka kestävät noin 25 sekuntia joka minuutti lennon, lentokone on painottomassa tilassa, mikä tarkoittaa, että siinä ei ole maareaktiota.

Painottomuuden simuloimiseen käytettiin erilaisia ​​lentokoneita: Neuvostoliitossa ja Venäjällä tähän tarkoitukseen on käytetty muunnettuja tuotantolentokoneita Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK ja Il-76MDK vuodesta 1961 lähtien. Yhdysvalloissa astronautit ovat harjoitelleet vuodesta 1959 lähtien modifioiduilla AJ-2-, C-131-, KC-135- ja Boeing 727-200 -koneilla. Euroopassa National Center for Space Research (CNES, Ranska) käyttää Airbus A310 -lentokonetta nollapainovoimakoulutukseen. Muutos koostuu polttoaineen, hydrauliikan ja joidenkin muiden järjestelmien muuttamisesta niiden normaalin toiminnan varmistamiseksi lyhytaikaisen painottomuuden olosuhteissa sekä siipien vahvistamisesta siten, että lentokone kestää lisääntyviä kiihtyvyksiä (2G asti).

Huolimatta siitä, että joskus kuvattaessa vapaan pudotuksen olosuhteita avaruuslennon aikana Maan kiertoradalla puhutaan painovoiman puuttumisesta, tietysti painovoima on läsnä kaikissa avaruusaluksissa. Puuttuu paino, eli tukireaktion voima avaruusaluksen esineisiin, jotka liikkuvat avaruudessa samalla kiihtyvyydellä painovoiman vaikutuksesta, mikä on vain hieman pienempi kuin maan päällä. Esimerkiksi 350 km korkealla Maan kiertoradalla, jolla Kansainvälinen avaruusasema (ISS) kiertää maata, painovoimakiihtyvyys on 8,8 m/s², mikä on vain 10 % vähemmän kuin maan pinnalla.

Esineen (yleensä lentokoneen) todellisen kiihtyvyyden kuvaamiseksi suhteessa maan pinnan painovoiman kiihtyvyyteen käytetään yleensä erityistä termiä - ylikuormitus. Jos makaat, istut tai seisot maassa, kehoosi kohdistuu 1 g voimaa (eli sitä ei ole). Jos olet lentokoneessa, koet noin 1,5 G:n. Jos sama lentokone suorittaa koordinoidun tiukan säteen käännöksen, matkustajat voivat kokea jopa 2 g:n painon, mikä tarkoittaa, että heidän painonsa on kaksinkertaistunut.

Ihmiset ovat tottuneet elämään ilman ylikuormitusta (1 g), joten kaikki ylikuormitukset vaikuttavat voimakkaasti ihmiskehoon. Aivan kuten nollapainovoimaisissa laboratoriolentokoneissa, joissa kaikki nesteenkäsittelyjärjestelmät on muutettava toimimaan kunnolla nolla-g- ja jopa negatiivisissa g-olosuhteissa, myös ihmiset tarvitsevat apua ja vastaavia "muokkauksia" selviytyäkseen sellaisissa olosuhteissa. Kouluttamaton ihminen voi menettää tajuntansa 3-5 g:n ylikuormituksella (riippuen ylikuormituksen suunnasta), koska tällainen ylikuormitus riittää riistämään aivoista happea, koska sydän ei pysty toimittamaan niihin tarpeeksi verta. Tässä suhteessa sotilaslentäjät ja astronautit harjoittelevat sentrifugeissa korkeat ylikuormitusolosuhteet tajunnan menetyksen estämiseksi niiden aikana. Estääkseen lyhytaikaisen näön ja tajunnan menetyksen, joka työoloissa voi olla kohtalokasta, lentäjät, kosmonautit ja astronautit käyttävät korkeutta kompensoivia pukuja, jotka rajoittavat veren virtausta aivoista ylikuormituksen aikana varmistamalla tasaisen paineen koko alueella. ihmiskehon pintaa.

On tiistai, mikä tarkoittaa, että ratkaisemme ongelmia jälleen tänään. Tällä kertaa aiheesta "kehojen vapaa pudotus".

Kysymyksiä ja vastauksia vapaasti putoavista ruumiista

Kysymys 1. Mikä on painovoiman kiihtyvyysvektorin suunta?

Vastaus: voimme yksinkertaisesti sanoa, että kiihtyvyys g suunnattu alaspäin. Itse asiassa, tarkemmin sanottuna, painovoiman kiihtyvyys on suunnattu kohti Maan keskustaa.

Kysymys 2. Mistä vapaan pudotuksen kiihtyvyys riippuu?

Vastaus: Maan päällä painovoiman aiheuttama kiihtyvyys riippuu sekä leveysasteesta että korkeudesta h kehon nostaminen pinnan yläpuolelle. Muilla planeetoilla tämä arvo riippuu massasta M ja säde R taivaankappale. Vapaan pudotuksen kiihtyvyyden yleinen kaava on:

Kysymys 3. Runko heitetään pystysuoraan ylöspäin. Miten voit luonnehtia tätä liikettä?

Vastaus: Tässä tapauksessa keho liikkuu tasaisella kiihtyvyydellä. Lisäksi kehon nousu- ja laskuaika enimmäiskorkeudesta ovat samat.

Kysymys 4. Ja jos vartaloa ei heitetä ylöspäin, vaan vaakasuoraan tai kulmassa vaakatasoon nähden. Millainen liike tämä on?

Vastaus: voimme sanoa, että tämä on myös vapaa pudotus. Tässä tapauksessa liikettä on tarkasteltava suhteessa kahteen akseliin: pystysuoraan ja vaakasuoraan. Runko liikkuu tasaisesti vaaka-akseliin nähden ja kiihtyy tasaisesti pystyakseliin nähden g.

Ballistiikka on tiede, joka tutkii horisonttiin nähden kulmaan heitettyjen kappaleiden ominaisuuksia ja liikelakeja.

Kysymys 5. Mitä "vapaa" pudotus tarkoittaa?

Vastaus: tässä yhteydessä ymmärretään, että kun runko putoaa, se on vapaa ilmanvastuksesta.

Kehojen vapaa pudotus: määritelmät, esimerkit

Vapaa pudotus on tasaisesti kiihtynyt liike, joka tapahtuu painovoiman vaikutuksesta.

Ensimmäiset yritykset kuvata systemaattisesti ja määrällisesti ruumiiden vapaata putoamista ovat peräisin keskiajalta. Totta, tuolloin oli laajalle levinnyt väärinkäsitys, että eri massaiset kappaleet putoavat eri nopeuksilla. Itse asiassa tässä on jonkin verran totuutta, koska todellisessa maailmassa ilmanvastus vaikuttaa suuresti putoamisnopeuteen.

Jos se voidaan kuitenkin jättää huomiotta, eri massaisten kappaleiden putoamisnopeus on sama. Muuten, nopeus vapaan pudotuksen aikana kasvaa suhteessa putoamisaikaan.

Vapaasti putoavien kappaleiden kiihtyvyys ei riipu niiden massasta.

Vapaapudotusennätys kuuluu tällä hetkellä itävaltalaiselle laskuvarjohyppääjälle Felix Baumgartnerille, joka vuonna 2012 hyppäsi 39 kilometrin korkeudesta ja oli vapaassa pudotuksessa 36 402,6 metriä.

Esimerkkejä vapaasti putoavista kappaleista:

• omena lentää Newtonin päähän;
• laskuvarjohyppääjä hyppää koneesta;
• höyhen putoaa suljetussa putkessa, josta ilma on poistettu.

Kun keho putoaa vapaassa pudotuksessa, syntyy painottomuuden tila. Esimerkiksi avaruusaseman esineet, jotka liikkuvat kiertoradalla Maan ympäri, ovat samassa tilassa. Voimme sanoa, että asema putoaa hitaasti, hyvin hitaasti planeetalle.

Tietenkin vapaa pudotus ei ole mahdollista vain maan päällä, vaan myös minkä tahansa riittävän massan omaavan kehon lähellä. Muissakin koomissa kappaleissa putoaminen kiihtyy tasaisesti, mutta painovoiman kiihtyvyyden suuruus on erilainen kuin maan päällä. Olemme muuten jo aiemmin julkaisseet materiaalia painovoimasta.

Tehtäviä ratkaistaessa kiihtyvyyden g katsotaan yleensä olevan 9,81 m/s^2. Todellisuudessa sen arvo vaihtelee 9,832:sta (navoilla) 9,78:aan (päiväntasaajalla). Tämä ero johtuu Maan pyörimisestä akselinsa ympäri.

Tarvitsetko apua fysiikan ongelmien ratkaisemiseen? Ottaa yhteyttä