Zrychlení volného pádu planety: Podrobné vysvětlení

by

Tento článek pojednává o zrychlení volného pádu planety. Volný pád označuje objekt, který snižuje svou výšku v důsledku působení gravitace. Gravitace je tažná síla směrem dolů, která je zodpovědná za to, že předměty padají dolů a ne nahoru.

V tomto článku budeme studovat o zrychlení volného pádu objektu na planetě. Pro každou planetu je gravitační síla jiná, díky čemuž se liší i zrychlení volně padajících předmětů. Vezmeme si příklad ze Země a budeme studovat o zrychlení volně padajícího objektu na Zemi, protože podobné postupy jsou aplikovatelné na jiné planety.

Co je volný pád?

Jak bylo diskutováno ve výše uvedené části, volný pád se týká pohybu objektu vystaveného působení gravitace směrem dolů.

Cokoli, co spadne samo od sebe bez zásahu vnější síly jiné než gravitace, se nazývá volný pád. Objekt nejprve zrychluje a poté dosáhne konstanty rychlost nazývaná jako terminál rychlost. Podrobně o tom budeme hovořit v dalších částech.

zrychlení volného pádu planety
Obrázek: Volný pád ovoce

Obrazový kredit: Zátonyi Sándor, (ifj.) Naplněný, Klesající úroda jablek, CC BY 3.0

Jak zjistit zrychlení volného pádu planety?

K výpočtu zrychlení volného pádu planety použijeme vzorec probraný v části níže-

g = GM/R2

Kde,

G je gravitační konstanta

R je poloměr planety

M je hmotnost planety

Zrychlení volného pádu na Zemi

Zrychlení volného pádu na Zemi se nazývá g nebo zrychlení způsobené gravitací. Hodnota g se vypočítá pomocí výše uvedeného vzorce.

Po dosazení hodnot hmotnosti Země a Poloměru Země do vzorce dostaneme gravitační zrychlení na Zemi 9.8 m/s2.

Je někdy zrychlení 0 při volném pádu?

Ano. Objekt nejprve do určité míry zrychlí a poté dosáhne konstantní rychlosti. Tato rychlost se nazývá konečná rychlost.

Maximální zrychlení, kterého může objekt dosáhnout, je zrychlení volného pádu objektu na dané planetě. Na Zemi nemůže volně padající objekt překročit více než 9.8 m/s2. Po dosažení této hodnoty zrychlení dosáhnou objekty konstantní rychlosti nazývané terminální rychlost.

Co je to zrychlení při volném pádu?

Již jsme hovořili o zrychlení dosahovaného předměty při volném pádu. Zrychlení je výsledkem tažné síly gravitace.

Gravitace přitahuje předmět k povrchu planety. Je to proto, že gravitační síla je v přírodě přitažlivá a hmoty přitahují jiné hmoty směrem ke svým středům. Na Zemi je zrychlení při volném pádu g. Hodnota g je 9.8 m/s2.

Příklady volného pádu

Volný pád je velmi běžná věc, kterou můžeme pozorovat v našem každodenním životě. Níže uvedená část uvádí různé příklady volného pádu.

  • Seskok s padákem– Když jdeme na seskok, naše vertikální rychlost je nulová. Pouze vodorovná složka rychlosti je nenulová. Poté, co skočíme z letadla, naše rychlost se začne zvyšovat ve směru záporné y. Jsme přitahováni k zemi vlivem gravitace. Zažíváme volný pád pod vlivem gravitace a naše zrychlení se rovná g, což je 9.8 m/s2.
  • Skákání z útesu – Když stojíme na okraji útesu a skáčeme kolmo dolů (potápění vytváří parabolickou trajektorii), zažíváme volný pád. Klesáme se zrychlením 9.8 m/s2. The odpor vzduchu je považován za zanedbatelný. Faktor odporu vzduchu nabývá na významu při práci s lehkými předměty, jako je peří a bavlna. Působení gravitace je stejné pro všechny objekty, ve vakuu všechny objekty dopadnou na zem ve stejnou dobu.
  • Paže padnou – Všichni jsme museli vidět videa se zbraňovými systémy shazovanými ze stíhacích letadel nebo letadel. Zvedne se páka a otevřou se dveře letounu pod povrchem trupu, zbraň díky tomu začne klesat se zrychlením 9.8 m/s2. Zpočátku je vertikální rychlost zbraně nulová. Zbraň při otevření dveří zvýší svou rychlost a začne klesat.
  • Upuštění předmětu– Upuštění předmětu je podobné jako upuštění zbraně. Jediná podmínka potřebná pro volný pád je, že počáteční rychlost by měla být nulová a na objekt by neměla působit žádná jiná vnější síla než gravitace. Objekt začne klesat rychlostí 9.8 m/s2.
  • Telefon vypadl z kapsy – Když je telefon v kapse, počáteční vertikální rychlost telefonu je nulová. Telefon získá vertikální rychlost pouze tehdy, když vyskočí z kapsy a začne padat. Když k tomu dojde, telefon klesá rychlostí 9.8 m/s2.
  • Uvolněný šroub– Když se šroub uvolní, má tendenci spadnout na zem. Když je připevněn k matici, vertikální rychlost je nulová, jakmile šroub sklouzne a začne padat dolů, šroub zažije volný pád. Šroub jednoduše začne klesat se zrychlením 9.8 m/s2.
  • Vodopád– Ve vodopádech padá voda z útesu volným pádem. Voda klesá rychlostí 9.8 m/s2. Přesná dráha vody je parabolická, ale můžeme ji uvažovat při pohybu volného pádu, protože parabolická dráha je zanedbatelná.
  • Pád do díry– Když jdeme a náhle spadneme do díry vykopané za účelem údržby, zažíváme volný pád. Zrychlení našeho těla se rovná 9.8 m/s2. Čím větší je hloubka otvoru, tím delší čas budeme mít k dosažení maximální konečné rychlosti a větší bude síla nárazu.
  • První stupeň raket– Když rakety dosáhnou určité výšky, vypustí nežádoucí hmotu zpět na Zemi. První stupeň raket obsahuje většinu pohonné hmoty a motorů. První motor je odpojen od rakety, díky čemuž sleduje pohyb volným pádem. Raketové posilovače prvního stupně padají se zrychlením 9.8 m/s2.
  • Druhý stupeň raket– Podobně jako u prvního stupně padá i druhý stupeň zpět na Zemi. Důvody jejich pádu zpět na Zemi jsou stejné. Druhý stupeň je rovněž oddělen podobným způsobem jako první stupeň. Rychlost zrychlení, se kterou padá druhý stupeň, je rovněž 9.8 m/s2.
  • Suché listí padající ze stromu– Když listy uschnou, oddělí se od hlavní větve a spadnou na zem. Když jsou připojeny ke kmeni nebo větvi, jejich počáteční rychlost je nulová a jsou v klidu. Když se oddělí, spadnou dolů vlivem gravitační síly. Padají rychlostí 9.8 m/s2. Listy se mohou houpat sem a tam kvůli odporu vzduchu, když je rychlost větru velmi vysoká, ale účinek gravitace je stejný na všechny předměty včetně listů.
  • Ovoce padající ze stromu – Podobně jako listy opadávají podobným způsobem i plody. Newton dostal inspiraci ke studiu gravitace z jablka, které mu spadlo na hlavu. Rychlost zrychlení ovoce padajícího ze stromu je rovněž rovna 9.8 m/s2. Ovoce nikdy nejde směrem nahoru, spíše padá pouze směrem dolů, protože gravitace působí směrem dolů.

Kliknutím také získáte informace o Zrychlení volného pádu s časem.

Také čtení: