Laisvasis kritimas: atradimų istorija ir istorinė reikšmė. Laisvo kritimo dėsnių atradimas Laisvo kritimo samprata ir reikšmė šiuolaikiniame moksle

Yra žinoma, kad visi kūnai, likę sau, krenta į Žemę. Išmesti kūnai grįžta į Žemę. Sakome, kad šį kritimą lėmė Žemės gravitacija.

Tai yra bendras reiškinys, ir jau vien dėl šios priežasties laisvo kūnų kritimo tik veikiant Žemės gravitacijai dėsnių tyrimas yra ypač įdomus. Tačiau kasdieniai stebėjimai rodo, kad įprastomis sąlygomis kūnai krenta skirtingai. Sunkus rutulys krenta greitai, lengvas popieriaus lapas krenta lėtai ir sudėtinga trajektorija (1.80 pav.).

Pasirodo, krintančių kūnų judėjimo pobūdis, greitis ir pagreitis normaliomis sąlygomis priklauso nuo kūnų gravitacijos, jų dydžio ir formos.

Eksperimentai rodo, kad šie skirtumai atsiranda dėl oro poveikio judančius kūnus. Toks oro pasipriešinimas naudojamas ir praktikoje, pavyzdžiui, šokant parašiutu. Parašiuto kritimas prieš ir po parašiuto yra kitokio pobūdžio. Parašiuto atidarymas keičia judėjimo pobūdį, keičiasi parašiutininko greitis ir pagreitis.

Savaime suprantama, kad tokių kūnų judėjimų negalima vadinti laisvu kritimu vien veikiant gravitacijai. Jei norime ištirti laisvą kūnų kritimą, turime arba visiškai išsivaduoti nuo oro veikimo, arba bent kažkaip suvienodinti kūnų formos ir dydžio įtaką jų judėjimui.

Didysis italų mokslininkas Galilėjus Galilėjus pirmasis sugalvojo šią idėją. 1583 m. Pizoje jis atliko pirmuosius stebėjimus apie tokio paties skersmens sunkiųjų rutulių laisvo kritimo ypatybes, ištyrė kūnų judėjimo išilgai pasvirusią plokštumą ir kampu į horizontą išmestų kūnų judėjimą.

Šių stebėjimų rezultatai leido „Galileo“ atrasti vieną svarbiausių šiuolaikinės mechanikos dėsnių, vadinamą Galilėjaus dėsniu: visi kūnai, veikiami žemės gravitacijos, į Žemę krenta vienodu pagreičiu.

Galilėjaus dėsnio galiojimas gali būti aiškiai matomas iš paprastos patirties. Į ilgą stiklinį vamzdelį sudėkite keletą sunkių granulių, lengvų plunksnų ir popieriaus gabalėlių. Jei pastatysite šį vamzdelį vertikaliai, visi šie objektai į jį kris skirtingais būdais. Jei iš vamzdelio išpumpuojamas oras, tai pakartojant eksperimentą tie patys kūnai kris lygiai taip pat.

Laisvo kritimo metu visi kūnai šalia Žemės paviršiaus juda vienodu pagreičiu. Jei, pavyzdžiui, reguliariais intervalais daroma serija krintančio rutulio momentinių kadrų, tada pagal atstumus tarp nuoseklių rutulio padėčių galima nustatyti, kad judėjimas iš tiesų buvo tolygiai pagreitintas. Išmatavus šiuos atstumus taip pat nesunku apskaičiuoti gravitacinio pagreičio skaitinę reikšmę, kuri dažniausiai žymima raide

Skirtinguose Žemės rutulio taškuose laisvojo kritimo pagreičio skaitinė reikšmė nėra vienoda. Jis apytiksliai skiriasi nuo ašigalio iki pusiaujo. Paprastai ši vertė laikoma „normalia“ laisvojo kritimo pagreičio verte. Šią vertę panaudosime spręsdami praktines problemas. Apytiksliems skaičiavimams kartais imsime reikšmę, konkrečiai nurodydami tai problemos sprendimo pradžioje.

Galilėjaus dėsnio reikšmė labai didelė. Ji išreiškia vieną iš svarbiausių materijos savybių, leidžia suprasti ir paaiškinti daugelį mūsų Visatos sandaros ypatybių.

Galilėjaus dėsnis, vadinamas lygiavertiškumo principu, pateko į bendrosios visuotinės gravitacijos (gravitacijos) teorijos, kurią mūsų amžiaus pradžioje sukūrė A. Einšteinas, pagrindus. Einšteinas šią teoriją pavadino bendrąja reliatyvumo teorija.

Galilėjaus dėsnio svarbą liudija ir tai, kad kūnų kritimo pagreičių lygybė buvo nuolat ir vis didesniu tikslumu tikrinama beveik keturis šimtus metų. Paskutiniai žinomiausi matavimai yra vengrų mokslininko Eötvöso ir sovietų fiziko V. B. Braginskio matavimai. Eötvösas 1912 m. patikrino laisvojo kritimo pagreičių lygybę iki aštuntos dešimtosios dalies. V. B. Braginskis 1970-1971 m., naudodamas šiuolaikinę elektroninę įrangą, nustatydamas skaitinę reikšmę, patikrino Galilėjaus dėsnio galiojimą iki dvyliktos dešimtainės dalies tikslumu.

Senovės Graikijoje mechaniniai judesiai buvo skirstomi į natūralius ir smurtinius. Kūno kritimas į Žemę buvo laikomas natūraliu judesiu, tam tikru prigimtiniu kūno troškimu „į savo vietą“,
Pagal didžiausio senovės graikų filosofo Aristotelio (384–322 m. pr. Kr.) idėją, kuo greičiau kūnas krenta į Žemę, tuo didesnė jo masė. Ši idėja buvo primityvios gyvenimo patirties rezultatas: stebėjimai parodė, pavyzdžiui, kad obuoliai ir obelų lapai krenta skirtingu greičiu. Senovės graikų fizikoje pagreičio sąvokos nebuvo.
Pirmą kartą didysis italų mokslininkas Galilėjus Galilėjus (1564–1642) priešinosi bažnyčios patvirtintam Aristotelio autoritetui.

Galilėjus gimė 1564 m. Pizoje. Jo tėvas buvo talentingas muzikantas ir geras mokytojas. Iki 11 metų Galilėjus lankė mokyklą, vėliau pagal to meto paprotį jo auklėjimas ir lavinimas vyko vienuolyne. Čia susipažino su lotynų ir graikų rašytojų kūryba.
Sunkios akių ligos pretekstu tėčiui pavyko jį išgelbėti. Galilėjus nuo vienuolyno sienų ir suteikti jam gerą išsilavinimą namuose, supažindinti su visuomene muzikantus, rašytojus, menininkus.
Būdamas 17 metų Galilėjus įstojo į Pizos universitetą, kur studijavo mediciną. Čia jis pirmą kartą susipažino su senovės Graikijos fizika, pirmiausia su Aristotelio, Euklido ir Archimedo darbais. Archimedo darbų įtakoje Galilėjus mėgsta geometriją ir mechaniką ir palieka mediciną. Jis palieka Pizos universitetą ir ketverius metus studijuoja matematiką Florencijoje. Čia pasirodė pirmieji jo moksliniai darbai, o 1589 m. Galilėjus gavo matematikos katedrą iš pradžių Pizoje, paskui Paduvoje. Paduviniu Galilėjaus gyvenimo laikotarpiu (1592 – 1610 m.) buvo didžiausias mokslininko veiklos suklestėjimas. Tuo metu buvo suformuluoti laisvo kūnų kritimo dėsniai, reliatyvumo principas, atrastas švytuoklės svyravimų izochronizmas, sukurtas teleskopas ir daugybė sensacingų astronominių atradimų (Mėnulio reljefas, palydovai). Jupiteris, Paukščių Tako sandara, Veneros fazės, saulės dėmės).
1611 m. Galilėjus buvo pakviestas į Romą. Čia jis pradėjo ypač aktyvią kovą su bažnytine pasaulėžiūra dėl naujo eksperimentinio gamtos tyrimo metodo patvirtinimo. Galilėjus propaguoja Koperniko sistemą, taip priešindamas bažnyčią (1616 m. speciali dominikonų ir jėzuitų kongregacija paskelbė Koperniko mokymą eretišku ir įtraukė jo knygą į draudžiamų sąrašą).
Galilėjus turėjo užmaskuoti savo idėjas. 1632 m. jis išleido nuostabią knygą „Dialogas apie dvi pasaulio sistemas“, kurioje išplėtojo materialistines idėjas trijų pašnekovų diskusijos forma. Tačiau „Dialogą“ bažnyčia uždraudė, o autorius buvo teisiamas ir 9 metus buvo laikomas „inkvizicijos kaliniu“.
1638 m. Galilėjus sugebėjo Olandijoje išleisti knygą „Pokalbiai ir matematiniai įrodymai apie dvi naujas mokslo šakas“, kurioje apibendrinamas jo ilgametis vaisingas darbas.
1637 m. jis tapo aklas, tačiau tęsė intensyvų mokslinį darbą su savo mokiniais Viviani ir Torricelli. Galilėjus mirė 1642 m. ir buvo palaidotas Florencijoje Santa Croce bažnyčioje šalia Mikelandželo.

Galilėjus atmetė senovės graikų mechaninių judesių klasifikaciją. Pirmiausia jis pristatė vienodo ir pagreitinto judėjimo sąvokas ir pradėjo tyrinėti mechaninį judėjimą matuodamas atstumus ir judėjimo laiką. Galilėjaus eksperimentai su tolygiai pagreitintu kūno judėjimu pasvirusioje plokštumoje vis dar kartojasi visose pasaulio mokyklose.
Galilėjus ypatingą dėmesį skyrė eksperimentiniam laisvojo kūnų kritimo tyrimui. Jo eksperimentai su pasvirusiu bokštu Pizoje pelnė pasaulinę šlovę. Pasak Viviani, Galilėjus iš bokšto vienu metu išmetė pusės svaro rutulį ir šimto svarų bombą. Priešingai nei mano Aristotelis, jie Žemės paviršių pasiekė beveik vienu metu: bomba buvo tik keli coliai į priekį nuo kamuolio. Galileo paaiškino šį skirtumą oro pasipriešinimu. Tada šis paaiškinimas buvo iš esmės naujas. Faktas yra tas, kad nuo Senovės Graikijos laikų buvo sukurta tokia Idėja apie kūnų judėjimo mechanizmą: judėdamas kūnas palieka tuštumą; gamta bijo tuštumos (buvo klaidingas tuštumos baimės principas). Oras veržiasi į tuštumą ir stumia kūną. Taigi buvo manoma, kad oras ne lėtina, o, priešingai, pagreitina kūną.
Be to, „Galileo“ pašalino kitą šimtmečių senumo klaidingą supratimą. Buvo tikima, kad jei judėjimo nepalaiko jokia jėga, jis turėtų sustoti, net jei nėra kliūčių. Galilėjus pirmą kartą suformulavo inercijos dėsnį. Jis teigė, kad jei kūną veikia jėga, tai jos veikimo rezultatas nepriklauso nuo to, ar kūnas ilsisi, ar juda. Laisvo kritimo atveju kūną nuolat veikia traukos jėga, o šio veiksmo rezultatai nuolat sumuojami, nes pagal inercijos dėsnį išsaugomas laiko sukeltas veiksmas. Šis vaizdavimas yra jo loginės konstrukcijos, vedusios į laisvojo kritimo dėsnius, pagrindas.
„Galileo“ laisvojo kritimo pagreitį nustatė su didele klaida. „Dialoge“ jis teigia, kad kamuolys nukrito iš 60 m aukščio per 5 s. Tai atitinka vertę g, beveik du kartus mažesnis už tikrąjį.
Žinoma, Galilėjus negalėjo tiksliai nustatyti g, nes neturėjo chronometro. Jo išrastas smėlio laikrodis, vandens laikrodis ar švytuoklinis laikrodis neprisidėjo prie tikslaus laiko rodmens. Pagreitį dėl gravitacijos tiksliai nustatė Huygensas tik 1660 m.
Siekdama didesnio matavimo tikslumo, „Galileo“ ieškojo būdų, kaip sumažinti kritimo greitį. Tai paskatino jį eksperimentuoti su pasvirusia plokštuma.

Metodinė pastaba. Kalbant apie Galilėjaus darbus, svarbu mokiniams paaiškinti metodo, kurį jis naudojo nustatydamas gamtos dėsnius, esmę. Pirmiausia jis atliko loginę konstrukciją, iš kurios sekė laisvojo kritimo dėsniai. Tačiau loginės konstrukcijos rezultatai turi būti patikrinti patirtimi. Tik teorijos sutapimas su patirtimi veda prie įsitikinimo teisingumu, teise. Norėdami tai padaryti, turite išmatuoti. Galilėjus darniai sujungė teorinio mąstymo galią su eksperimentiniu menu. Kaip patikrinti laisvojo kritimo dėsnius, jei judėjimas toks greitas ir nėra instrumentų mažiems laiko tarpams skaičiuoti.
„Galileo“ sumažina kritimo greitį naudodama pasvirusią plokštumą. Lentoje padarytas griovelis, išklotas pergamentu, siekiant sumažinti trintį. Nugludintas žalvarinis kamuolys buvo paleistas žemyn. Norėdami tiksliai išmatuoti judėjimo laiką, „Galileo“ sugalvojo taip. Didelio indo su vandeniu dugne buvo padaryta skylė, pro kurią tekėjo plona srovelė. Ji nuėjo prie mažo laivo, kuris buvo preliminariai pasvertas. Laikotarpis buvo matuojamas pagal laivo svorio prieaugį! Paleisdamas rutulį iš pusės, ketvirtadalio ir tt pasvirusios plokštumos ilgio, Galilėjus nustatė, kad nukeliauti atstumai buvo susiję kaip judėjimo laiko kvadratai.
Šių „Galileo“ eksperimentų kartojimas gali būti naudingo darbo mokyklos fizikos rate objektas.

Senovės Graikijoje mechaniniai judesiai buvo skirstomi į natūralius ir smurtinius. Kūno kritimas į Žemę buvo laikomas natūraliu judėjimu, tam tikru kūnui būdingu siekiu „į savo vietą“,

Pagal didžiausio senovės graikų filosofo Aristotelio (384–322 m. pr. Kr.) idėją, kuo greičiau kūnas krenta į Žemę, tuo didesnė jo masė. Ši idėja buvo primityvios gyvenimo patirties rezultatas: stebėjimai parodė, pavyzdžiui, kad obuoliai ir obelų lapai krenta skirtingu greičiu. Senovės graikų fizikoje pagreičio sąvokos nebuvo.

Galilėjus gimė 1564 m. Pizoje. Jo tėvas buvo talentingas muzikantas ir geras mokytojas. Iki 11 metų Galilėjus lankė mokyklą, vėliau pagal to meto paprotį jo auklėjimas ir lavinimas vyko vienuolyne. Čia susipažino su lotynų ir graikų rašytojų kūryba.

Sunkios akių ligos pretekstu jo tėvas sugebėjo išgelbėti Galilėjų nuo vienuolyno sienų ir suteikti jam gerą išsilavinimą namuose, įvesti į visuomenę muzikantus, rašytojus, menininkus.

Būdamas 17 metų Galilėjus įstojo į Pizos universitetą, kur studijavo mediciną. Čia jis pirmą kartą susipažino su senovės Graikijos fizika, pirmiausia su Aristotelio, Euklido ir Archimedo darbais. Archimedo darbų įtakoje Galilėjus mėgsta geometriją ir mechaniką ir palieka mediciną. Jis palieka Pizos universitetą ir ketverius metus studijuoja matematiką Florencijoje. Čia pasirodė pirmieji jo moksliniai darbai, o 1589 m. Galilėjus gavo matematikos katedrą iš pradžių Pizoje, paskui Paduvoje. Paduviniu Galilėjaus gyvenimo laikotarpiu (1592-1610) buvo didžiausias mokslininko veiklos suklestėjimas. Tuo metu buvo suformuluoti laisvo kūnų kritimo dėsniai, reliatyvumo principas, atrastas švytuoklės svyravimų izochronizmas, sukurtas teleskopas ir daugybė sensacingų astronominių atradimų (Mėnulio reljefas, palydovai). Jupiteris, Paukščių Tako sandara, Veneros fazės, saulės dėmės).

1611 m. Galilėjus buvo pakviestas į Romą. Čia jis pradėjo ypač aktyvią kovą su bažnytine pasaulėžiūra dėl naujo eksperimentinio gamtos tyrimo metodo patvirtinimo. Galilėjus propaguoja Koperniko sistemą, taip priešindamas bažnyčią (1616 m. speciali dominikonų ir jėzuitų kongregacija paskelbė Koperniko mokymą eretišku ir įtraukė jo knygą į draudžiamų sąrašą).

Galilėjus turėjo užmaskuoti savo idėjas. 1632 m. jis išleido nuostabią knygą „Dialogas apie dvi pasaulio sistemas“, kurioje išplėtojo materialistines idėjas trijų pašnekovų diskusijos forma. Tačiau „Dialogą“ bažnyčia uždraudė, o autorius buvo teisiamas ir 9 metus buvo laikomas „inkvizicijos kaliniu“.

1638 m. Galilėjus sugebėjo Olandijoje išleisti knygą „Pokalbiai ir matematiniai įrodymai apie dvi naujas mokslo šakas“, kurioje apibendrinamas jo ilgametis vaisingas darbas.

1637 m. jis apako, bet tęsė intensyvų mokslinį darbą su savo mokiniais Viviani ir Torricelli. Galilėjus mirė 1642 m. ir buvo palaidotas Florencijoje Santa Croce bažnyčioje šalia Mikelandželo.

Galilėjus atmetė senovės graikų mechaninių judesių klasifikaciją. Pirmiausia jis pristatė vienodo ir pagreitinto judėjimo sąvokas ir pradėjo tyrinėti mechaninį judėjimą matuodamas atstumus ir judėjimo laiką. Galilėjaus eksperimentai su tolygiai pagreitintu kūno judėjimu pasvirusioje plokštumoje vis dar kartojasi visose pasaulio mokyklose.

Galilėjus ypatingą dėmesį skyrė eksperimentiniam laisvojo kūnų kritimo tyrimui. Jo eksperimentai su pasvirusiu bokštu Pizoje pelnė pasaulinę šlovę. Pasak Viviani, Galilėjus iš bokšto vienu metu išmetė pusės svaro kamuoliuką ir šimto svarų bombą. Priešingai nuomonei. Aristotelis, jie Žemės paviršių pasiekė beveik vienu metu: bomba lenkė kamuolį tik keliais centimetrais. Galileo paaiškino šį skirtumą oro pasipriešinimu. Tada šis paaiškinimas buvo iš esmės naujas. Faktas yra tas, kad nuo senovės Graikijos laikų buvo sukurta tokia kūnų judėjimo mechanizmo idėja: judant kūnas palieka tuštumą; gamta bijo tuštumos (buvo klaidingas tuštumos baimės principas). Oras veržiasi į tuštumą ir stumia kūną. Taigi buvo manoma, kad oras ne lėtina, o, priešingai, pagreitina kūnus.

Be to, „Galileo“ pašalino kitą šimtmečių senumo klaidingą supratimą. Buvo tikima, kad jei judėjimo nepalaiko jokia jėga, jis turėtų sustoti, net jei nėra kliūčių. Galilėjus pirmą kartą suformulavo inercijos dėsnį. Jis teigė, kad jei kūną veikia jėga, tai jos veikimo rezultatas nepriklauso nuo to, ar kūnas ilsisi, ar juda. Laisvo kritimo atveju kūną nuolat veikia traukos jėga, o šio veiksmo rezultatai nuolat sumuojami, nes pagal inercijos dėsnį išsaugomas laiko sukeltas veiksmas. Šis vaizdavimas yra jo loginės konstrukcijos, vedusios į laisvojo kritimo dėsnius, pagrindas.

„Galileo“ laisvojo kritimo pagreitį nustatė su didele klaida. „Dialoge“ jis teigia, kad kamuolys nukrito iš 60 m aukščio per 5 s. Tai atitinka g reikšmę, kuri yra beveik pusė tikrosios vertės.

Žinoma, Galilėjus negalėjo tiksliai nustatyti g, nes neturėjo chronometro. Jo išrastas smėlio laikrodis, vandens laikrodis ar švytuoklinis laikrodis neprisidėjo prie tikslaus laiko rodmens. Pagreitį dėl gravitacijos tiksliai nustatė Huygensas tik 1660 m.

Siekdama didesnio matavimo tikslumo, „Galileo“ ieškojo būdų, kaip sumažinti kritimo greitį. Tai paskatino jį eksperimentuoti su pasvirusia plokštuma.

Metodinė pastaba. Kalbant apie Galilėjaus darbus, svarbu mokiniams paaiškinti metodo, kurį jis naudojo nustatydamas gamtos dėsnius, esmę. Pirmiausia jis atliko loginę konstrukciją, iš kurios sekė laisvojo kritimo dėsniai. Tačiau loginės konstrukcijos rezultatai turi būti patikrinti patirtimi. Tik teorijos sutapimas su patirtimi lemia įsitikinimą įstatymo teisingumu. Norėdami tai padaryti, turite išmatuoti. Galilėjus darniai sujungė teorinio mąstymo galią su eksperimentiniu menu. Kaip patikrinti laisvojo kritimo dėsnius, jei judėjimas toks greitas ir nėra instrumentų trumpam laiko tarpui skaičiuoti?

„Galileo“ sumažina kritimo greitį naudodama pasvirusią plokštumą. Lentoje padarytas griovelis, išklotas pergamentu, siekiant sumažinti trintį. Nugludintas žalvarinis kamuolys buvo paleistas žemyn. Norėdami tiksliai išmatuoti judėjimo laiką, „Galileo“ sugalvojo taip. Didelio indo su vandeniu dugne buvo padaryta skylė, pro kurią tekėjo plona srovelė. Ji nuėjo prie mažo laivo, kuris buvo preliminariai pasvertas. Laiko intervalas buvo matuojamas pagal laivo svorio prieaugį! Kamuolio paleidimas iš pusės, ketvirčio ir pan. y., pasvirusios plokštumos ilgį, Galilėjus nustatė, kad nueiti keliai buvo susiję kaip judėjimo laiko kvadratai.

Šių „Galileo“ eksperimentų kartojimas gali būti naudingo darbo mokyklos fizikos rate objektas.

Iš kasdienio gyvenimo žinome, kad dėl žemės gravitacijos kūnai, išlaisvinti nuo ryšių, krenta į Žemės paviršių. Pavyzdžiui, ant sriegio pakabintas krovinys kabo nejudėdamas, o vos nukirpus siūlą, jis pradeda kristi vertikaliai žemyn, palaipsniui didindamas greitį. Vertikaliai į viršų išmestas kamuolys, veikiamas Žemės traukos, pirmiausia sumažina greitį, trumpam sustoja ir pradeda kristi žemyn, palaipsniui didindamas greitį. Akmuo, mestas vertikaliai žemyn, veikiamas gravitacijos, taip pat palaipsniui didina greitį. Kėbulą taip pat galima mesti kampu į horizontą arba horizontaliai...

Paprastai kūnai krenta ore, todėl, be Žemės traukos, juos veikia ir oro pasipriešinimas. Ir tai gali būti reikšminga. Paimkite, pavyzdžiui, du vienodus popieriaus lapus ir, vieną iš jų suglamžę, abu lapus vienu metu numetame iš to paties aukščio. Nors žemės gravitacija abiem lakštams vienoda, pamatysime, kad suglamžytas lapas žemę pasieks greičiau. Taip atsitinka todėl, kad oro pasipriešinimas jam yra mažesnis nei nesuglamžytam lakštui. Oro pasipriešinimas iškreipia krintančių kūnų dėsnius, todėl norėdami ištirti šiuos dėsnius, pirmiausia turite ištirti kūnų kritimą, kai nėra oro pasipriešinimo. Tai įmanoma, jei kūnai nukrenta vakuume.

Norėdami įsitikinti, kad trūkstant oro tiek lengvi, tiek sunkūs kūnai krenta vienodai, galite naudoti Niutono vamzdį. Tai maždaug metro ilgio storasienis vamzdis, kurio vienas galas sandarus, o kitame – čiaupas. Vamzdyje yra trys kūnai: granulė, putplasčio kempinės gabalėlis ir šviesi plunksna. Jei vamzdelis greitai apverstas, greičiausiai kris granulė, tada kempinė, o paskutinė vamzdžio dugną pasiekia plunksna. Taip kūnai krenta, kai vamzdyje yra oro. Dabar išsiurbkime orą iš vamzdžio siurbliu ir, išpumpavus uždarę vožtuvą, vėl apverskime vamzdelį, pamatysime, kad visi kūnai krenta vienodu momentiniu greičiu ir beveik vienu metu pasiekia vamzdžio dugną.

Kūnų kritimas beorėje erdvėje, veikiamas vien gravitacijos, vadinamas laisvuoju kritimu.

Jei oro pasipriešinimo jėga yra nereikšminga, palyginti su gravitacijos jėga, tai kūno judėjimas yra labai artimas laisvam (pavyzdžiui, kai krenta mažas sunkus lygus rutulys).

Kadangi gravitacijos jėga, veikianti kiekvieną kūną šalia Žemės paviršiaus, yra pastovi, laisvai krintantis kūnas turi judėti pastoviu pagreičiu, tai yra tolygiai pagreitintas (tai išplaukia iš antrojo Niutono dėsnio). Šis pagreitis vadinamas laisvo kritimo pagreitis ir yra pažymėta raide. Jis nukreiptas vertikaliai žemyn į Žemės centrą. Gravitacijos pagreičio vertę šalia Žemės paviršiaus galima apskaičiuoti pagal formulę
(formulė gaunama iš visuotinės gravitacijos dėsnio), g\u003d 9,81 m/s 2.

Laisvo kritimo pagreitis, kaip ir gravitacija, priklauso nuo aukščio virš Žemės paviršiaus (
), nuo Žemės formos (Žemė ties ašigaliais suplokštėjusi, todėl poliarinis spindulys mažesnis už pusiaujo, o ašigalyje laisvojo kritimo pagreitis didesnis nei ties pusiauju): g P =9,832 m/s 2 ,g ai =9,780 m/s 2 ) ir iš tankių sausumos uolienų telkinių. Vietose, kuriose yra telkinių, pavyzdžiui, geležies rūdos, žemės plutos tankis didesnis, o laisvojo kritimo pagreitis taip pat didesnis. O kur yra naftos telkinių, g mažiau. Tai naudoja geologai ieškodami naudingųjų iškasenų.

1 lentelė. Laisvo kritimo pagreitis įvairiuose aukščiuose virš Žemės.

2 lentelė. Kai kurių miestų laisvojo kritimo pagreitis.

Kadangi laisvojo kritimo pagreitis šalia Žemės paviršiaus yra vienodas, laisvasis kūnų kritimas yra tolygiai pagreitintas judėjimas. Taigi jį galima apibūdinti tokiomis išraiškomis:
ir
. Kartu atsižvelgiama į tai, kad judant aukštyn kūno greičio vektorius ir laisvojo kritimo pagreičio vektorius yra nukreipti priešingomis kryptimis, todėl jų projekcijos turi skirtingus ženklus. Judant žemyn, kūno greičio vektorius ir laisvojo kritimo pagreičio vektorius yra nukreipti ta pačia kryptimi, todėl jų projekcijos turi tuos pačius ženklus.

Jei kūnas metamas kampu į horizontą arba horizontaliai, tada jo judėjimą galima padalyti į dvi dalis: tolygiai pagreitintą vertikaliai ir tolygiai horizontaliai. Tada, norint apibūdinti kūno judėjimą, reikia pridėti dar dvi lygtis: v x = v 0 x ir s x = v 0 x t.

Pakeitimas į formulę
vietoj Žemės masės ir spindulio, atitinkamai, kitos planetos ar jos palydovo masės ir spindulio, galima nustatyti apytikslę laisvojo kritimo pagreičio vertę bet kurio iš šių dangaus kūnų paviršiuje.

3 lentelė Kai kurių paviršių laisvo kritimo pagreitis

dangaus kūnai (pusiaujui), m/s 2.

Niutonas, kaip ir Galilėjus, mechaninio judėjimo tyrimus pradėjo studijuodamas krintančių kūnų dėsnis, bet jo užduotis jau buvo kiek lengvesnė. Niutonas savo žinioje turėjo oro siurblį, apie kurį Galilėjus galėjo tik pasvajoti.

Galilėjus atliko savo eksperimentus iš Pizos bokšto išmesdamas geležines šerdis (plačiau:). Niutonas paėmė ilgą stiklinį vamzdelį, užsandarintą iš vieno galo, įdėjo į jį nedidelį kamštienos gabalėlį ir šūvį ir prijungė vamzdelį prie oro siurblio. Siurblys išpumpavo didžiąją dalį oro.

Mokslininkas litavo kitą vamzdžio galą. O granulė su kamštienos gabalėliu liko labai išretėjusioje oro erdvėje. Niutonas apvertė vamzdį vienu galu į viršų, paskui kitu – vienodu greičiu žemyn nukrito kamščio gabalas ir šūvis. Taigi buvo galima įrodyti, kad tuštumose skirtingo svorio objektai krinta tuo pačiu greičiu. Dabar šie paprasti įrenginiai - " Niutono vamzdžiai» – yra kiekvienoje mokykloje.

Kritimo greitis nepriklauso nuo svorio

Kritimo greitis nepriklauso nuo svorio. „Galileo“ sakė, kad krintantys objektai neturi svorio (daugiau:). Taigi, Niutonas padarė išvadą, svoris nėra pagrindinė visų objektų ar medžiagų savybė. Bet kokie daiktai turi svorį tik tol, kol ant ko nors guli ar kabo, o krisdami praranda svorį.

Kas yra svoris

Vienas iš Niutono pirmtakų, prancūzų matematikas René Descartes, teigė, kad svorio yra spaudimas, kurį daro daiktai ant žemės arba stovo, ant kurio jie guli. Niutonas prisiminė Galilėjaus eksperimentus su kibirais. Kol vanduo liejosi iš vieno kibiro į kitą, jų bendras svoris buvo mažesnis nei anksčiau - krintantis vanduo judėjo laisvai, niekas jo nesustabdė, kritimo metu tikrai nesvėrė.

Kai tik visas vanduo atsidūrė apatiniame kibire, svarstyklių balansas atsistatė. Ir tai Niutono taip pat nenustebino. Kadangi visas vanduo susikaupė apatiniame kibirėlyje, jo slėgis dugne turi būti tiksliai lygus vandens slėgių sumai dviejuose kibiruose. Vanduo tarsi atgavo svorį.

Kodėl kūnai spaudžia stovą

Bet kodėl kūnai spaudžia stovą? Dekartas to nežinojo. Paimkite svarelį ir pakabinkite ant spyruoklės. Pavasaris ištemps. Dabar nuimkime šį svorį ir suimkime ranka už spyruoklės kabliuko. Taikydami jėgą galime ištempti spyruoklę tiek, kiek svoris ją ištempė savo svoriu. Svorio svoris ir rankos jėga turi vienodą poveikį spyruoklei. Tai reiškia, kad kūnų spaudimo ant stovo priežastis – jų svoris – yra kažkokia jėga. Niutonas tai apibrėžė.

Gravitacijos dėsnis

Tai gaublys, kuris pritraukia svorį ir kitus kūnus prie savęs, laikydamas juos šalia. Šį reiškinį stebime visur ir visur ir vadiname gravitacija. Galilėjus taip pat studijavo. Visi kūnai, tiek dideli, tiek maži, traukia vienas kitą, paklūsta gravitacijos dėsnis, atrado Niutonas. Taigi svoris yra jėga, kuria Žemės traukiami objektai spaudžia juos laikančias atramas. Svoris yra visuotinės gravitacijos apraiška. Niutonas sugebėjo padaryti savo logišką išvadą krintančių kūnų dėsnį, kurį inicijavo Galilėjus Galilėjus.