Рух тіла, кинутого вертикально вгору. Невагомість

Сила тяжіння діє на всі тіла на Землі: покояться і рухомі, що знаходяться на поверхні Землі і поблизу неї.

Тіло, вільно падаюче на землю, рухається равноускоренно зі зростаючою швидкістю, оскільки його швидкість сонаправлени з силою тяжіння і прискоренням вільного падіння.

Тіло, підкинуте вгору, при відсутності опору повітря теж рухається з постійним прискоренням, викликаним дією сили тяжіння. Але в цьому випадку початкова швидкість v0, яку тілу надали при кидку, спрямована вгору, т. Е. Протилежно силі тяжіння і прискоренню вільного падіння. Тому швидкість тіла зменшується (за кожну секунду – на величину, чисельно рівну модулю прискорення вільного падіння, т. Е. На 9,8 м / с).

Через певний час тіло досягає найбільшої висоти і на якийсь момент зупиняється, т. Е. Його швидкість стає рівною нулю. Зрозуміло, що чим більшу початкову швидкість отримало тіло при кидку, тим більше буде час підйому і тим на більшу висоту воно підніметься до моменту зупинки.

Потім під дією сили тяжіння тіло починає равноускоренно падати вниз.

При вирішенні завдань на рух тіла вгору при дії на нього тільки сили тяжіння використовують ті ж формули, що і при прямолінійній равноускоренном русі з початковою швидкістю v0, тільки ах замінюють gx:

При цьому враховують, що при русі вгору вектор швидкості тіла і вектор прискорення вільного падіння спрямовані в протилежні сторони, тому їх проекції завжди мають різні знаки.

Якщо, наприклад, вісь X спрямована вертикально вгору, т. Е. Сонаправлени з вектором швидкості, то vx> 0, значить, vx = v, a gx <0, значить, gx = -g = -9,8 м / с2 (де v – модуль вектора миттєвої швидкості, ag – модуль вектора прискорення).

Якщо ж вісь X спрямована вертикально вниз, то vx <0, т. Е. Vх = -v, a gx> 0, т. Е. Gx = g = 9,8 м / с2.

Вага тіла, що рухається під дією тільки сили тяжіння, дорівнює нулю. У цьому можна переконатися за допомогою дослідів, зображених на малюнку 31.

До саморобному динамометру підвішений металева кулька. Згідно зі свідченнями покоїться динамометра, вага кульки (рис. 31, а) дорівнює 0,5 Н. Якщо ж нитка, яка утримує динамометр, перерізати, то він буде вільно падати (опором повітря в даному випадку можна знехтувати). При цьому його покажчик переміститься на нульову позначку, засвідчуючи про те, що вага кульки дорівнює нулю (рис. 31, б). Вага вільно падаючого динамометра теж дорівнює нулю. В даному випадку і кулька, і динамометр рухаються з однаковим прискоренням, не надаючи один на одного ніякого впливу. Іншими словами, і динамометр, і кулька перебувають у стані невагомості.

У розглянутому досвіді динамометр і кулька вільно падали зі стану спокою.

Тепер переконаємося в тому, що тіло буде невагомим і в тому випадку, якщо його початкова швидкість не дорівнює нулю. Для цього візьмемо поліетиленовий пакет і приблизно на 1/3 заповнимо його водою; потім видалимо з пакету повітря, скрутивши його верхню частину в джгут і зав’язавши на вузол (рис. 31, в). Якщо взяти пакет за нижню, заповнену водою частину і перевернути, то звита в джгут частина пакета під дією ваги води розкрутиться і заповниться водою (рис. 31, г). Якщо ж, перевертаючи пакет, утримувати джгут, не дозволяючи йому розкрутитися (рис. 31, д), а потім підкинути пакет вгору, то і під час підйому, і під час падіння джгут не буде розкручуватися (рис. 31, е). Це свідчить про те, що під час польоту вода не діє своєю вагою на пакет, оскільки стає невагомою.

Можна перекидати цей пакет один одному, тоді він буде летіти по параболічної траєкторії. Але і в цьому випадку пакет збереже в польоті свою форму, яку йому надали при кидку.

питання

Чи діє сила тяжіння на підкинуту вгору тіло під час його підйому?
З яким прискоренням рухається підкинуту вгору тіло за відсутності тертя? Як змінюється при цьому швидкість руху тіла?
Від чого залежить найбільша висота підйому кинутого вгору тіла в тому випадку, коли опором повітря можна знехтувати?
Що можна сказати про знаки проекцій векторів миттєвої швидкості тіла і прискорення вільного падіння при вільному русі цього тіла вгору?
Розкажіть про хід дослідів, зображених на малюнку 31. Який висновок з них слід?

Посилання на основну публікацію