Zrychlení volného pádu s časem: Podrobná analýza

by

Tento článek pojednává o zrychlení volného pádu s časem. Víme, že když těleso volně padá, prochází neustálým zrychlováním.

V tomto článku budeme studovat závislost zrychlení na čase (pokud existuje). Později budeme studovat o volně padajících předmětech. Gravitace je přitažlivá síla zodpovědná za to, že předměty volně padají dolů. Začněme naši diskusi s významem volného pádu.

Co je volný pád?

Volný pád je stav objektu, ve kterém vlivem gravitace snižuje svou výšku při konstantním zrychlení.

Zrychlení volného pádu je stejné. Hodnota zrychlení se s časem nemění. O zrychlení a časovém vztahu tělesa při volném pádu se budeme zabývat v pozdějších částech tohoto článku. Nyní pojďme nejprve mluvit o zrychlení.

Zrychlení volně padajícího předmětu

170px Klesající oříznutí jablka 1
Obrázek: Ovoce pod pohybem volného pádu

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

Když objekt podstoupí volný pád, zrychlení těla při pádu zůstává konstantní a rovná se hodnotě g na Zemi.

Hodnota g na Zemi je 9.8 m/s2. Tuto hodnotu lze vypočítat pomocí jednoduchého vzorce. Vzorec je diskutován v části uvedené níže

g = GM/R2

Kde,

G je gravitační konstanta

M je hmotnost planety

R je poloměr planety

Jaký je vzorec pro zrychlení s časem?

Když potřebujeme zjistit dobu, za kterou objekt dopadl na zem po volném pádu, můžeme použít pohybové rovnice dané Newtonem. Budeme však diskutovat pouze první rovnici, která ukazuje vztah mezi rychlostí, tíhovým zrychlením g a časem t.

Pohybová rovnice je diskutována v části uvedené níže -

V=gt (je to v=u+at, ale počáteční rychlost je nulová v případě volného pádu)

Kde,

V je rychlost předmětu při pádu

g je gravitační zrychlení

t je doba, za kterou objekt dopadne na zem

Jak zjistit zrychlení volného pádu s časovou konstantou?

Když považujeme čas za konstantní, znamená to, že odkazujeme na časový okamžik, ve kterém se má vypočítat rychlost.

Například, pokud je hodnota t 5 sekund, pak ve skutečnosti počítáme hodnotu rychlosti objektu po 5 sekundách volného pádu. Proto vzorec v=at zůstává v tomto případě stejný. Hodnota zrychlení volného pádu je konstantní a nemění se.

Příklady volného pádu

Níže uvedený seznam uvádí příklady volného pádu, které vidíme v našem každodenním životě –

  • Skydiving - Když jdeme na seskok padákem, jediná rychlost, kterou máme, je horizontální rychlost, která se rovná rychlosti letadla. Když instruktor otevře dveře a my vyskočíme ze dveří, zažijeme silnou tažnou sílu směrem dolů. To se děje kvůli fakt, že gravitace působí dovnitř. Zrychlení při volném pádu se bude rovnat hodnotě g, což je 9.8 m/s2.
  • Skákání z útesu – Skok z útesu je mírná parabolická dráha, kterou můžeme ignorovat, protože mají velmi zanedbatelný vliv na náš pohyb. Sledujeme téměř volný pád. Naše zrychlení je 9.8 m/s2. Čím vyšší je útes, tím více času dostaneme k dosažení konečné rychlosti a tím větší bude síla nárazu.
  • Shazování zbraní - Když vypustíme zbraně ze stíhaček, jejich počáteční vertikální rychlost je nulová, dokud nespadne. Jakmile jsou vyhozeny, zbraně začnou klesat. Zbraně jsou samy o sobě, pokud k nim není připojen žádný naváděcí systém. Zbraň dopadne na předpokládanou oblast. Zrychlení zbraně je 9.8 m/s2.
  • Upuštění předmětu – Spuštění předmětu je podobné jako shození zbraně z letadla. Po pádu bude předmět sledovat pohyb volným pádem. jeho zrychlení bude rovné 9.8 m/s2. Objekt by neměl být tlačen, jinak to nebude považováno za volný pád. Samotný termín volný pád říká, že těleso bude padat volně, aniž by na něj působila jakákoli vnější síla kromě gravitace.
  • Telefon vypadl z kapsy – Když je telefon uložen v kapse, vertikální rychlost telefonu je nulová. Jakmile vypadne z kapsy, začne klesat, rychlost telefonu se stane nenulovou. Telefon se zrychlí na hodnotu 9.8 m/s2. Telefon bude pokračovat ve svém volném pádu, dokud nedojde k nárazu na povrch.
  • Uvolněný šroub -Když je šroub volně připevněn k matici, má tendenci kdykoli spadnout, možná dokonce kvůli své vlastní hmotnosti. Když je připojen k matici, vertikální rychlost je nulová. Jakmile se šroub uvolní, zvýší se jeho rychlost a šroub zažije volný pád. Šroub klesá se zrychlením 9.8 m/s2.
  • Vodopád – Voda zažívá pohyb volným pádem, když stéká z útesu. Voda teče po mírně parabolické dráze. Parabolické efekty však zanedbáváme, protože jsou velmi nevýznamné. Voda zažívá zrychlení t9.8 m/s2. To je ekvivalentní hodnotě g, což je gravitační zrychlení. Gravitace má stejný vliv na vše včetně vody a dalších hmotných objektů.
  • Pád do díry – Když jdeme a přehlédneme díru, která mohla být vykopána kvůli údržbě drenáže, zažíváme volný pád. Hloubka díry je zodpovědná za to, kolik bolesti utrpíme, protože čím hlubší díra, tím více času budeme mít k dosažení konečná rychlost. Koncová rychlost je tak vysoká, že zemřeme, pokud spadneme konečnou rychlostí. Zrychlení tělesa se rovná 9.8 m/s2, což je hodnota gravitačního zrychlení. Můžeme tedy říci, že pád do díry je příkladem volného pádu.
  • První stupeň raket– Rakety se zbaví všeho, jakmile to již není nutné pro její další let. Tímto způsobem může raketa pokračovat v pohybu nahoru, aniž by musela nést jakoukoli mrtvou váhu. Jakmile je první stupeň rakety odpojen, první stupeň zažije volný pád, což znamená, že raketa spadne zpět na Zemi se zrychlením 9.8 m/s2.
  • Druhý stupeň raket – Druhý stupeň raket existuje pro mnoho raket, ale ne pro všechny. Obvykle je druhým stupněm satelit nebo druhý motor, který se spálí, aby přenesl třetí stupeň, který je nákladem na oběžnou dráhu. Tato fáze také volně spadá stejným způsobem jako fáze první. Druhý stupeň padá rovněž se zrychlením 9.8 m/s2.
  • Suché listí padající ze stromu– Když listy uschnou, shodí je stromy. Když jsou listy odděleny od větve, listy zažívají volný pád. Klesají se zrychlením 9.8 m/s2. Pokud vítr fouká velmi vysokou rychlostí, listy nebudou schopné sledovat pohyb volným pádem, ale při nepřítomnosti větru se pohybují volným pádem.
  • Ovoce padající ze stromu – Podobně jako listy, i plody někdy opadávají z větve. Když se oddělí od větve, ovoce padá se zrychlením 9.8 m/s2. Tímto způsobem můžeme říci, že pohyb ovoce je pohybem volného pádu.

Také čtení: