Опытным путем установлено, что у поверхности Земли все тела движутся с приблизительно одинаковым ускорением (не учитывается сопротивление воздуха и воздействие других физических тел).
Свободное падение возможно на поверхности любого тела, обладающего достаточной массой (планеты и их спутники, звёзды, и~т.~п.). Объект, свободно падающий из бесконечности на поверхность небесного тела, достигает его поверхности (или верхних слоёв атмосферы) с второй космической скоростью для данного небесного тела.
Во время свободного падения какого-либо объекта этот объект находится в состоянии невесомости.
Первые попытки построить количественную теорию свободного падения тяжёлого тела были предприняты учёными Средневековья; в первую очередь следует назвать имена Альберта Саксонского и Николая Орема. Однако они ошибочно утверждали, что скорость падающего тяжёлого тела растёт пропорционально пройденному пути. Эту ошибку впервые исправил Д. Сото (1545), который сделал правильный вывод о том, что скорость тела растёт пропорционально времени, прошедшему с момента начала падения, и нашёл закон зависимости пути от времени при свободном падении (хотя эта зависимость была дана им в завуалированном виде). Чёткая же формулировка закона квадратичной зависимости пути, пройденного падающим телом, от времени принадлежит Г. Галилею (1590) и изложена им в книге «Беседы и математические доказательства двух новых наук».
На тела со стороны Земли действует сила тяготения. Область, в которой на тела действуют какие-либо силы, называется силовым полем. Итак, тела у Земли находятся в поле тяготения, или гравитационном поле. Для наглядного представления о направлении действии силы в каждой точке поля проводят силовые линии, которые каждым своим элементом совпадают с направлением действия силы. У поверхности Земли при небольших перемещениях можно считать силовые линии поля тяготения параллельными вертикальными прямыми. Во всех точках векторы g равны друг другу (поле однородное).
Свободное падение представляет собой частный случай равномерно ускоренного движения без начальной скорости: v0=0. Ускорение при таком движении равно ускорению свободного падения: a= g= 9,81 м/с2. Пренебрегая суточным вращением Земли, зависимостью g от расстояния до центра Земли и сопротивлением воздуха, при v0=0 получаем:
где v - скорость падения тела через время t, h - высота, с которой падает тело (путь за время t).
Тело падает с высоты 30 м. Определить его конечную скорость и время падения.
Дано:
v0 =0Решение
Тело падает с высоты h = 1 км с нулевой начальной скоростью. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить, какой путь пройдет тело
- за первую секунду своего падения;
- за последнюю секунду своего падения.
Дано:
v0=0Решение