Chuyển động tự do là gì

Mục lục

Sự rơi trong không khí và sự rơi tự do

Sự rơi của các vật trong không khí

Các vật rơi trong không khí xảy ra nhanh chậm khác nhau là do lực cản của không khí tác dụng vào chúng khác nhau.

Vật rơi tự do

Sự rơi của các vật trong chân không (Sự rơi tự do).

Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.

Định nghĩa :

Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

Trong vật lý Newton, rơi tự do là bất kỳ chuyển động nào của vật thể với lực hấp dẫn là lực duy nhất tác động lên vật thể đó.

Sự rơi tự do của các vật

Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do

• Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi).
• Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.
• Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

Kiến thức liên quan: Chuyển động thẳng đều Chuyển động thẳng biến đổi đều

Các công thức của chuyển động rơi tự do không có vận tốc đầu

Sự rơi tự do từ độ cao h

Các công thức tính vận tốc rơi tự do

Trong đó:

• v – là vận tốc rơi tự do (đơn vị m/s)
• g – là gia tốc rơi tự do ( đơn vị m/s²)
• t – là thời gian vật rơi tự do (đơn vị s)
• S – là quãng đường hay độ cao vật rơi tự do (đơn vị m)

Rơi tự do từ độ cao h

Công thức tính quãng đường S hay sự rơi tự do từ độ cao h:

S = 0,5.g.t²

Gia tốc rơi tự do

Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g.

Ở những nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau:

• Ở địa cực g lớn nhất : g = 9,8324 m/s²
• Ở xích đạo g nhỏ nhất : g = 9,7872 m/s²
• Nếu không đòi hỏi độ chính xác cao, ta có thể lấy g = 9,8 m/s² hoặc g = 10 m/s²

Các dạng bài tập vật rơi tự do

Dạng 1

Vận dụng công thức tính quãng đường, vận tốc trong rơi tự do

Cách giải: Sử dụng các công thức được trình bày ở trên để giải.

Dạng 2

Tính quãng đường vật đi được trong n giây cuối, và trong giây thứ n.

Cách giải:

Quãng đường vật đi được trong n giây cuối:

• Quãng đường vật đi trong t giây: S1 = 0,5.g.t²
• Quãng đường vật đi trong (t-n) giây: S2 = 0,5.g.(t-n)²
• Quãng đường vật đi trong n giây cuối: ΔS = S1 – S2

Quãng đường vật đi được trong giây thứ n:

• Quãng đường vật đi trong n giây: S1 = 0,5.g.n²
• Quãng đường vật đi trong (n-1) giây: S2 = 0,5.g.(n-1)²
• Quãng đường vật đi trong giây thứ n: ΔS = S1 – S2

Dạng 3

Xác định vị trí 2 vật gặp nhau được thả rơi với cùng thời điểm khác nhau.

Cách giải:

Chọn chiều dương hướng xuống, gốc toạ độ tại vị trí vật bắt đầu rơi, gốc thời gian lúc bắt đầu rơi( của vật rơi trước )

• Phương trình chuyển động có dạng: y = yo + 0,5.g.(t-to)²
• Phương trình chuyển động vật 1: y1 = yo1 + 0,5.g.(t)²
• Phương trình chuyển động vật 2: y2 = yo2 + 0,5.g.(t-to)²

Hai vật gặp nhau khi chúng có cùng toạ độ, y1 = y2 => t, thay t vào y1 hoặc y2 để tìm vị trí gặp nhau.

Giải bài tập sự rơi tự do

Bài 1

Một vật rơi tự do từ độ cao 20m xuống đất, g = 10m/s2. Tính thời gian để vật rơi đến đất. Tính vận tốc lúc vừa chạm đất?

Hướng dẫn giải (dạng 1):

• Thời gian vật rơi đến đất: S = 0,5.g.t² => t = √[S / (0,5.g)] = 2s
• Vận tốc lúc vừa chạm đất: v = g.t = 10.2 = 20m/s

Bài 2

Một vật rơi không vận tốc đầu từ độ cao 80m xuống đất. a) Tìm vận tốc lúc vừa chạm đất và thời gian của vật từ lúc rơi tới lúc chạm đất. b) Tính quãng đường vật rơi được trong 0,5s đầu tiên và 0,5s cuối cùng, lấy g = 10m/s².

Hướng dẫn giải (dạng 2):

a)

• Thời gian vật rơi đến đất: S = 0,5.g.t² => t = √[S / (0,5.g)] = 4s
• Vận tốc lúc vừa chạm đất: v = g.t = 10.4 = 40m/s

b)

• Trong 0,5s đầu tiên: t1 = 0,5s => v1 = g.t1 = 5m/s => S1 = 0,5.g.(t1)² = 1,25m
• Quãng đường vật đi trong 3,5s đầu: S2 = 0,5.g.(t2)² = 61,25m
• Quãng đường đi trong 0,5s cuối cùng: S’ = S – S2 = 18,75m

Bài 3

Từ tầng 9 của một tòa nhà, Nam thả rơi viên bi A. Sau 1s, Hùng thả rơi viên bi B ở tầng thấp hơn 10m. Hai viên bi sẽ gặp nhau lúc nào (Tính từ khi viên bi A rơi ), g = 9,8 m/s².

Hướng dẫn giải (dạng 3):

Chọn trục toạ độ thẳng đứng, chiều dương hướng xuống gốc toạ độ tại vị trí thả, gốc thời gian lúc bi A rơi.