blank

Свободное падение. Ускорение свободного падения. Движение тела, брошенного под углом «а» к горизонту.

На данный момент ЕГЭ по физике проходит в виде решения задач. Задания, которые должны содержаться в КИМах составляются в соответствии с кодификатором элементов содержания и требований к подготовке выпускников к экзамену.

Данная статья написана в целях подготовки к экзамену по физике, в ней мы рассмотрим вышеописанные темы из раздела кинематики. Начнём с понятия о свободном падении.

Свободное падение

Свободным падением называют движение тела вниз в соответствии с силами притяжения.

blank

Свободное падение считают нередким случаем движения тела, являющегося равноускоренным, при этом, оно двигается по направлению прямой траектории. При подкидывании любого предмета вверх, оно в любом случае будет падать к Земле.

Если же тело подбрасывают в вертикальном направлении, то половину пути движение будет равнозамедленным, далее тело останавливается и начинает движение в направлении, являющимся противоположным, при этом, ускоряется его движение.

Есть ещё один интересный момент – любая масса тела (пух, гиря и так далее). Например, тела, одинаковые по форме будут падать с одной высоты за один и тот же промежуток времени. Этот опыт провёл Галилео Галилей. Он выяснил, что тела, находящиеся на небольшом расстоянии от земли, будут падать с ускорением, являющимся одинаковым. Такое падение называют ускорением свободного падения. Рассмотрим определение понятия.

Ускорение свободного падения

Ускорением свободного падения называют такое ускорение, которое придаёт телам силу тяжести. То есть: g = 9,8 м / с. При этом, g будет зависеть от:

— Расстояния до поверхности нашей планеты;

— Местонахождение тела в определённой части планеты (расстояние, рассматриваемое от полюса Земли до его ядра, является меньшим, по сравнению с расстоянием от экватора Земли);

— Породы, находящиеся в данном месте (например, над океаном гораздо меньше залежей полезных ископаемых, чем в горах).

При решении заданий на свободное падение в ЕГЭ по физике следует применять уравнение движения, при этом нужно учитывать, что заместо ускорения а, следует использовать постоянное ускорение g. Рассмотрим соответствующую формулу:

h = u0 + gt^2 / 2.

Исходя из неё, получается, что если начальная скорость равна нулю, то получаем: h = gt^2 / 2.

Далее получаем выражение для нахождения времени падения тела: t = √ ( 2h / 9).

Зная, что v = gt, попробуем вычислить скорость тела во время падения: v = √ ( 2h / 9) * g = √ 2hg.

Брошенное с высоты тело движется ускоренно, следует, в уравнении ставим «+». Если тело подброшено вертикально, то перед g ставим «-«.

При решении таких задач должен быть определённый алгоритм, рассмотрим его:

— Записываем краткое условие задачи;

— Переводим все известные величины к единицам;

— Рисуем схему, обозначаем начало координат, оси, а также направление, скорость и ускорение;

— В виде вектора записываем уравнение;

— Пишем уравнение движения;

— Используем дополнительные формулы (если это необходимо).

Таким образом, мы рассмотрели тему свободного падения, а также его ускорение, определённые факторы, от которых зависит точка g, формулы по теме, а также алгоритмы решения задач.

Движение тела, брошенного под углом

Перейдём к рассмотрению движения тела, которое брошено к горизонту под углом а.

Данный вид движения является криволинейным, его можно выразить суммой двух движений (равномерное прямолинейное – по горизонтали, свободное падение – по вертикали).

Для наглядности изобразим систему координат (рис. 1), записываем изменения кинематических величин в обоих направлениях. Итак, по:

— Горизонтали (вдоль х): начальное положение х0 равно 0, начальная скорость u0x = u0 cos a, ускорение ах = 0. Исходя из закона движения: ч = u0 cos at;

— Вертикали (ось у): у = 0, u0y = u0 sin a, uy = u0y = u0y – gt = u0 sin a – gt. Ускорение ау = -g. Получаем закон движения: y = u0 sin at – gt = 0.

Данные характеристики, описывающие движение, можно применять при вычислении высоты, на которую поднимается тело. При достижении высоты, являющейся максимальной, составляющая скорости становится нулём: u0 sin a – gt = 0.

Время подъема предмета можно вычислить по формуле: t0 = u0 sin a / g.

Следовательно, время самого полёта вычисляем по формуле: tp = 2t0 = 2u0.

Траекторией двигающегося тела, которое брошено под углом а, считают параболу.

Вышеописанные темы следует применять на экзамене при наличии соответствующих заданий. Тема ускорения в ЕГЭ по физике встречается довольно часто, поэтому рассмотрим примеры задач из раздела кинематики.

blank
  1. Высота дома = 20 метров, с крыши упал камень.

Дано: S = 20 м., u0 = 0, g = 10 м / с^2.

Найти: время, в течение которого камень падает.

Решение: так как начальная скорость камня будет равно нулю, то формула будет более простой. Sx = gxt^2 / 2; t = √ ( 2 * Sx / gx ).

t = √ ( 2 * 20м ) / 10 м / с^2 = 4 м^2 / с^2 = 2 с.

Ответ: камень будет падать в течение двух секунд.

  1. Подушку подбросили в вертикальном положении вверх. Её начальная скорость равна 10 м / с.

Найти: время, в течение которого подушка поднимется на максимальную высоту.

Решение: u0 = 10 м / c, g = 10 м / с^2, u = 0.

Ux = u0x + gxt; t = ux – u0x / gx.

t = ( 0 – 10 м / с ) / ( -10 м / с^2 ) = 1 с.

Ответ: На максимальную высоту подушка поднимается в течение одной секунды.

  1. Стрелу запустили в вертикальном направлении вверх, её скорость равна тридцати метрам в секунду.

Найти: наибольшую высоту, на которую поднимется стрела.

Решение: u0 = 30 м / с, g = 10 м /с^2, u  = 0.

Sx = u0xt + ( gxt^62 / 2 )

Ux = u0x + gxt; t = ( ux – u0x ) / gx.

t = ( 0 – 30 м / с ) / (- 10 м / с) = 3 с.

Sx = 30 м / с * 3с + ( -10 м / с^2 ) * ( 3c )^2 / 2 = 90 м – 45 м = 45 м.

Ответ: наибольшая высота поднятия стрелы равна сорока пяти метрам.

  1. Молоток падает с высоты. Высота равна двадцати метрам.

Найти: скорость, которая будет перед столкновением с Землёй.

Решение: известно, что h = 2. Для решения задачи нужно применить формулу скорости, падающего тела. Получаем: v = √ 2gh.

v = √ 2 * 9.81 * 20 = 19.8 м / с.

Ответ: Перед столкновением с Землей скорость молотка будет равна 19.8 м / с.

Также есть теоретические задания, которые могут содержаться в КИМах ЕГЭ по физике, рассмотрим их:

  1. Каково направление у вектора свободного направления?

Направление данного вектора – вниз. Принято говорить, что ускорение падения будет направлено к центру Земли.

  1. Есть ли зависимость ускорения свободного падения? Если есть, то какая?

Ускорение в данном случае зависит от высоты, на которую тело поднимается над поверхностью. При рассмотрении других планет, эта величина будет зависеть непосредственно от массы, а также радиуса тела.

  1. Если подбросить тело горизонтально либо под углом. Каким будет движение?

Данное движение можно назвать свободным падением. В этом случае оно рассматривается в вертикальной и горизонтальной осях. Например, в соответствии с горизонтальной осью тело будет двигаться равномерно, а в соответствии с вертикальной оно будет равноускоренным с g.

Таким образом, мы изучили необходимую теорию по теме, разобрали примерные задания, встречающиеся на ЕГЭ по физике, а также теоретические вопросы, которые могут быть на экзамене. Изучив данный, а также дополнительные материалы, просмотрев демонстрационные варианты, вы будете готовы к сдаче единого государственного задания.

blank

Оставить Комментарий