تسريع السقوط الحر بمرور الوقت: تحليل مفصل


تتناول هذه المقالة موضوع تسارع السقوط الحر بمرور الوقت. نعلم أننا في الجسم يسقطون بحرية ، فإنه يخضع لتسارع مستمر.

في هذه المقالة سوف ندرس تبعية التسارع في الوقت المناسب (إن وجد). في وقت لاحق سوف ندرس عن الأجسام المتساقطة الحرة. الجاذبية هي القوة الجذابة المسؤولة عن سقوط الأشياء بحرية. دعونا نبدأ مناقشتنا بمعنى السقوط الحر.

ما هو السقوط الحر؟

السقوط الحر هو حالة الجسم التي يقلل فيها ارتفاعه بوتيرة ثابتة بسبب تأثير الجاذبية.

تسارع السقوط الحر هو نفسه. لا تتغير قيمة التسارع بمرور الوقت. سنقوم بدراسة التسارع والعلاقة الزمنية للجسم تحت السقوط الحر في الأقسام اللاحقة من هذه المقالة. الآن دعونا نناقش العجلة أولاً.

تسريع سقوط الجسم الحر

الصورة: فاكهة تحت حركة السقوط الحر

اعتمادات الصورة: Zátonyi Sándor ، (ifj.) فيزبيدسقوط محصول التفاحCC BY 3.0

عندما يتعرض جسم ما للسقوط الحر ، فإن تسارع الجسم أثناء السقوط يظل ثابتًا ويساوي قيمة g على الأرض.

تبلغ قيمة g على الأرض 9.8 م / ث 2. يمكن حساب هذه القيمة باستخدام صيغة بسيطة. تمت مناقشة الصيغة في القسم الوارد أدناه

ز = GM / R.2

أين،

G هو ثابت الجاذبية

M هي كتلة الكوكب

R هو نصف قطر الكوكب

ما هي معادلة التسارع مع الزمن؟

عندما نحتاج إلى إيجاد الوقت الذي يستغرقه الجسم ليصطدم بالأرض بعد تعرضه للسقوط الحر ، فيمكننا استخدام معادلات الحركة التي قدمها نيوتن. ومع ذلك ، سنناقش فقط المعادلة الأولى التي توضح العلاقة بين السرعة والتسارع بسبب الجاذبية g والوقت المستغرق.

تتم مناقشة معادلة الحركة في القسم الوارد أدناه-

V = gt (إنه v = u + عند ولكن السرعة الأولية تساوي صفرًا في حالة السقوط الحر)

أين،

V هي سرعة الجسم أثناء السقوط

g هي عجلة الجاذبية

t هو الوقت الذي يستغرقه الجسم في اصطدامه بالأرض

كيف تجد تسارع السقوط الحر بثابت الزمن؟

عندما نعتبر الوقت ثابتًا ، فهذا يعني أننا نعود إلى تلك اللحظة التي تُحسب فيها السرعة.

على سبيل المثال ، إذا كانت قيمة t هي 5 ثوانٍ ، فإننا في الواقع نحسب قيمة سرعة الجسم بعد 5 ثوانٍ في حركة السقوط الحر. ومن ثم فإن الصيغة v = at تظل كما هي في هذه الحالة. قيمة تسريع السقوط الحر ثابتة ولا تتغير.

أمثلة على السقوط الحر

تقدم القائمة أدناه أمثلة على السقوط الحر الذي نراه في حياتنا اليومية-

  • القفز بالمظلات - عندما نذهب للقفز بالمظلات ، فإن السرعة الوحيدة التي نمتلكها هي السرعة الأفقية التي تساوي سرعة المستوى. عندما يفتح المدرب الباب ونقفز من الباب ، نشهد قوة سحب قوية في الاتجاه الهابط. يحدث هذا بسبب حقيقة أن الجاذبية يتصرف إلى الداخل. سيكون التسارع أثناء السقوط الحر مساويًا لقيمة g التي تساوي 9.8 م / ث 2.
  • القفز من الهاوية - يعد القفز من جرف مسارًا مكافئًا طفيفًا يمكننا تجاهل الكميات المكافئة نظرًا لتأثيرها الضئيل جدًا على حركتنا. نحن نتبع حركة هبوط شبه حر. يصبح التسارع 9.8 م / ث 2. كلما ارتفع الجرف ، زاد الوقت الذي نحصل فيه على السرعة النهائية وستكون قوة التأثير أكبر.
  • إسقاط السلاح - عندما نسقط أسلحة من الطائرات المقاتلة ، فإن سرعتها العمودية الأولية تساوي صفرًا حتى يتم إسقاطها. بمجرد إخراجها تبدأ الأسلحة في النزول. الأسلحة بمفردها إذا لم يكن هناك نظام توجيه مرفق بها. سوف يسقط السلاح على المنطقة المتوقعة. يصبح تسارع السلاح 9.8 م / ث 2.
  • إسقاط كائن - اسقاط شيء يشبه اسقاط سلاح من الطائرة. سيتبع الجسم حركة السقوط الحر بعد سقوطه. سوف يصبح تسارعها 9.8 م / ث 2. لا ينبغي دفع الاعتراض وإلا فلن يتم اعتباره سقوطًا حرًا. يشير مصطلح السقوط الحر نفسه إلى أن الجسم سيسقط بحرية بدون أي قوة خارجية غير الجاذبية التي تؤثر عليه.
  • سقوط الهاتف من الجيب - عند وضع الهاتف داخل الجيب ، تكون السرعة الرأسية للهاتف صفرًا. بمجرد أن ينزلق من الجيب يبدأ في الانخفاض ، تصبح سرعة الهاتف غير صفرية. يتم تسريع الهاتف بقيمة 9.8 م / ث 2. سيستمر الهاتف في السقوط الحر حتى يتعرض لصدمة على السطح.
  • الترباس فضفاض - عندما يتم ربط البرغي بشكل فضفاض بالجوز ، فإنه يميل إلى السقوط في أي وقت ربما حتى بسبب وزنه. عندما يتم توصيله بالجوز ، تكون السرعة العمودية صفرًا. يزيد الترباس من سرعته بمجرد فصله ، يتعرض الترباس لحركة السقوط الحر. ينخفض ​​الترباس بعجلة 9.8 م / ث 2.
  • شلال - يتعرض الماء لحركة السقوط الحر عندما يتدفق أسفل الجرف. يتدفق الماء في مسار مكافئ قليلاً. ومع ذلك ، فإننا نتجاهل التأثيرات المكافئة لأنها غير ذات أهمية. يتعرض الماء لتسارع t9.8 م / ث 2. هذا يعادل قيمة g التي هي تسارع الجاذبية. الجاذبية لها نفس التأثير على كل شيء بما في ذلك الماء والأشياء المادية الأخرى.
  • الوقوع في حفرة - عندما نسير ونتغاضى عن حفرة ربما تم حفرها لصيانة الصرف ، فإننا نشعر بسقوط حر. عمق الحفرة مسؤول عن مقدار الألم الذي نتحمله ، فكلما زاد عمق الحفرة ، سنحصل على مزيد من الوقت للوصول إلى السرعة النهائية. السرعة النهائية عالية جدًا لدرجة أننا سنموت إذا سقطنا بسرعة نهائية. تسارع الجسم يساوي 9.8 م / ث 2 ، وهي قيمة عجلة الجاذبية. ومن ثم يمكننا القول إن السقوط في حفرة هو مثال على السقوط الحر.
  • المرحلة الأولى من إطلاق الصواريخ- تتخلص الصواريخ من كل شيء بمجرد أن تصبح غير ضرورية لمزيد من تحليقها. بهذه الطريقة يمكن للصاروخ أن يستمر في التحرك صعودًا دون أن يحمل أي وزن ثقيل. بمجرد فصل المرحلة الأولى من الصاروخ ، تشهد المرحلة الأولى سقوطًا حرًا أي سقوط الصاروخ على الأرض بتسارع 9.8 م / ث 2.
  • المرحلة الثانية من إطلاق الصواريخ - المرحلة الثانية من الصواريخ موجودة لكثير من الصواريخ ولكن ليس كل الصواريخ. عادةً ما تكون المرحلة الثانية هي القمر الصناعي أو المحرك الثاني الذي يحترق ليأخذ المرحلة الثالثة وهي الحمولة إلى المدار. تقع هذه المرحلة أيضًا بحرية بنفس طريقة المرحلة الأولى. تقع المرحلة الثانية أيضًا مع تسارع 9.8 م / ث 2.
  • سقوط الأوراق الجافة من الشجرة- عندما تجف الأوراق ، تسقطها الأشجار. عندما يتم فصل الأوراق عن الفرع ، تتعرض الأوراق لحركة سقوط حر. تنخفض بعجلة 9.8 م / ث 2. إذا كانت الرياح تهب بسرعة عالية جدًا ، فلن تتمكن الأوراق من متابعة حركة السقوط الحر ولكن في حالة عدم وجود الرياح فإنها تتبع حركة السقوط الحر.
  • تساقط الثمار من الشجرة - على غرار الأوراق ، تسقط الثمار أيضًا في بعض الأحيان من الغصن. عندما يتم فصلهم عن الفرع ، فإن تسقط الثمار مع التسارع من 9.8 م / ثانية 2. بهذه الطريقة يمكننا القول أن حركة الفاكهة هي حركة سقوط حر.

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات

الرابط هل المضخة الحرارية غاز أم كهربائي؟ 5 حقائق يجب أن تعرفها

هل المضخة الحرارية غازية أم كهربائية؟ 5 حقائق يجب أن تعرفها

المضخة الحرارية هي آلة تنقل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. دعونا نناقش ما إذا كانت المضخة الحرارية تعمل بالغاز أو الكهرباء. يتم توليد المضخة الحرارية بالكهرباء. إلى عن على...