Движение тела брошенного вертикально вверх невесомость кратко
Обновлено: 02.07.2024
Сила тяжести действует на все тела, независимо от того, подброшено оно вверх или находится в состоянии покоя.
2. С каким ускорением движется подброшенное вверх тело при отсутствии трения? Как меняется при этом скорость движения тела?
3. От чего зависит наибольшая высота подъема брошенного вверх тела в том случае, когда сопротивлением воздуха можно пренебречь?
Высота подъема зависит от начальной скорости. (Вычисления см. предыдущий вопрос).
4. Что можно сказать о знаках проекций векторов мгновенной скорости тела и ускорения свободного падения при свободном движении этого тела вверх?
При свободном движении тела вверх знаки проекций векторов скорости и ускорения противоположны.
5. Как ставились опыты, изображенные на рисунке 30, и какой вывод из них следует?
1. Теннисный мяч бросили вертикально вверх с начальной скоростью 9,8 м/с. Через какой промежуток времени скорость поднимающегося мяча уменьшится до нуля? Какое перемещение от места броска совершит при этом мяч?
На этом уроке мы узнаем, с каким ускорением движется тело, брошенное вертикально вверх. Выясним, как меняется скорость тела при таком движении. Научимся рассчитывать максимальную высоту подъёма тела и время движения. А также узнаем, какое состояние тела называется невесомостью.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Движения тела, брошенного вертикально вверх. Невесомость"
Движение тела, брошенного вертикально вверх, при отсутствии сил сопротивления также равноускоренное, происходящее с ускорением свободного падения. Дело в том, что толчок тела вверх не может изменить силу тяжести, действующую на тело. Следовательно, не измениться ни направление, ни численное значение ускорения тела.
Вы видите фотографию стробоскопической съёмки движения тела, брошенного вертикально вверх с некоторой начальной скоростью.
На ней видно, что при движении вверх, тело постепенно уменьшает свою скорость. Причём за каждую секунду она уменьшается на величину, численно равную модулю ускорения свободного падения. Через некоторое время тело достигает наивысшей точки подъёма и на мгновение останавливается, то есть его скорость становится равной нулю. Достигнув наивысшей точки подъёма, тело, под действием силы тяжести начнёт свободно падать, проходя те же положения, что и при подъёме.
На прошлом уроке мы показали, что при свободном падении тело движется равноускорено. Поэтому для описания движения тела вверх и вниз мы можем воспользоваться кинематическим уравнением равноускоренного движения и уравнением скорости в проекциях на координатную ось.
Рассмотрим подробно движение тела вверх.
Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что действующую на свободно падающее тело силу тяжести не стоит путать с весом тела. Ведь вес тела определяется как сила, с которой тело действует на опору или на подвес. То есть сила тяжести приложена к телу, а вес — к опоре или подвесу. Природа силы тяжести и веса также различна. Сила тяжести имеет гравитационное происхождение, а вес — это частный случай силы упругости, то есть это электромагнитная сила.
Что бы наглядно продемонстрировать эту разницу рассмотрим тело, находящееся в кабине лифта, которая движется с некоторым ускорением вниз. На тело со стороны Земли будет действовать сила тяжести, со стороны опоры на тело будет действовать сила реакции опоры, а со стороны тела на опору будет действовать его вес. Причём, согласно третьему закону Ньютона, вес тела будет равен по модулю и противоположен по направлению силе нормальной реакции опоры.
Из формулы также видно, что в случае свободного падения тела, его вес станет равным нулю. Такое состояние тела называется невесомостью.
В том, что вес тела действительно становится равным нулю, можно убедиться и с помощью опытов.
Возьмём динамометр с подвешенным на нём грузом. Если динамометр покоится относительно Земли, то он покажет, что вес тела равен по модулю силе тяжести. А теперь отпустим динамометр. Легко заметить, что при этом стрелка динамометра устанавливается на нуле, показывая, что вес тела стал равным нулю.
Таким образом, действительно всякое тело, на которое действует только сила тяжести, находится в состоянии невесомости. Но нельзя забывать о том, что в состоянии невесомости масса тела не меняется, как и не меняется действующая на тело сила тяжести. Ведь именно она является причиной свободного падения.
Невесомость достаточно распространённое состояние. В таком состоянии вы находитесь, например, когда прыгаете, с момента отрыва от земли и до момента приземления. Состояние невесомости испытывают прыгуны с вышки и парашютисты, в первые моменты своего падения. Даже бегуны в короткие промежутки времени между касаниями ногой земли находятся в состоянии невесомости.
Возникновение невесомости можно пронаблюдать и на таком опыте. Зажмём в лапке штатива полоску бумаги, а свободный конец поместим между двумя гирями наборного груза. Если мы медленно будем опускать груз, то полоска бумаги в какой-то момент времени порвётся. Это означает, что она была сильно зажата между гирями. Заменив бумажку, дадим грузу свободно упасть.
Как видно, полоска бумаги осталась целой. Этот опыт показывает, что при свободном падении верхняя гиря не давит на опору — нижнюю гирю, то есть она стала невесомой.
Таким образом, обобщив результаты наших опытов, можно утверждать, что невесомость — это такое состояние, при котором в телах, свободно движущихся в гравитационном поле, исчезают деформации и взаимные давления частиц тела друг на друга.
Если тело бросить вертикально вверх при наличии начальной скорости υ 0 , оно будет двигаться равнозамедленно с ускорением, равным a = - g = - 9 , 81 υ c 2 .
Формулы вычисления показателей движения брошенного тела
Высота подбрасывания h за время t и скорость υ через промежуток t можно определить формулами:
t m a x - это время, за которое тело достигает максимальной высоты h m a x = h , при υ = 0 , а сама высота h m a x может быть определена при помощи формул:
Когда тело достигает высоты, равной h m a x , то оно обладает скоростью υ = 0 и ускорением g . Отсюда следует, что тело не сможет оставаться на этой высоте, поэтому перейдет в состояние свободного падения. То есть, брошенное вверх тело – это равнозамедленное движение, при котором после достижения h m a x изменяются знаки перемещения на противоположные. Важно знать, какая была начальная высота движения h 0 . Общее время тела примет обозначение t , время свободного падения - t п , конечная скорость υ к , отсюда получаем:
Если тело брошено вертикально вверх от уровня земли, то h 0 = 0 .
Время, необходимое для падения тела с высоты, куда предварительно было брошено тело, равняется времени его подъема на максимальную высоту.
Так как в высшей точке скорость равняется нулю видно:
Конечная скорость υ к тела, брошенного от уровня земли вертикально вверх, равна начальной скорости υ 0 по величине и противоположна по направлению, как показано на ниже приведенном графике.
Примеры решения задач
Тело было брошено вертикально вверх с высоты 25 метров со скоростью 15 м / с . Через какой промежуток времени оно достигнет земли?
Дано: υ 0 = 15 м / с , h 0 = 25 м , g = 9 , 8 м / с 2 .
Найти: t .
Решение
t = υ 0 + υ 0 2 + g h 0 g = 15 + 15 2 + 9 , 8 · 25 9 , 8 = 3 , 74 с
Ответ: t = 3 , 74 с .
Был брошен камень с высоты h = 4 вертикально вверх. Его начальная скорость равняется υ 0 = 10 м / с . Найти высоту, на которую сможет максимально подняться камень, его время полета и скорость, с которой достигнет поверхности земли, пройденный телом путь.
Дано: υ 0 = 10 м / с , h = 4 м , g = 9 , 8 м / с 2 .
Найти: H , t , v 2 , s .
Решение
H = h 0 υ 0 2 2 g = 4 + 10 2 9 , 8 = 14 , 2 м .
t = υ 0 + υ 0 2 + g h 0 g = 10 + 10 2 + 9 , 8 · 4 9 , 8 = 1 , 61 с .
υ 2 = υ k = 2 g H = 2 · 9 , 8 · 14 , 2 = 16 , 68 м / с .
s = H - h 0 + H = 2 H - h 0 = 2 · 14 , 2 = 24 , 4 м .
Ответ: H = 14 , 2 м ; t = 1 , 61 с ; v 2 = 16 , 68 м / с ; s = 24 , 4 м .
Сила тяжести действует на все тела на Земле: покоящиеся и движущиеся, находящиеся на поверхности Земли и вблизи неё.
Тело, свободно падающее на землю, движется равноускоренно с возрастающей скоростью, поскольку его скорость сонаправлена с силой тяжести и ускорением свободного падения (рис. \(1\)).
Тело, подброшенное вертикально вверх, при отсутствии сопротивления воздуха тоже движется с постоянным ускорением, вызванным действием силы тяжести (рис. \(2\)).
В этом случае начальная скорость V 0 , которую телу придали при броске, направлена вверх, то есть противоположно силе тяжести и ускорению свободного падения. Поэтому скорость тела уменьшается (за каждую секунду — на величину, численно равную модулю ускорения свободного падения, то есть примерно на \(9,8\) м/с).
Через определённое время тело достигает наибольшей высоты и на какой-то момент останавливается, то есть его скорость становится равной нулю.
Чем большую начальную скорость получило тело при броске, тем больше будет время подъёма, и тем на большую высоту оно поднимется к моменту остановки.
После того как тело поднялось на наибольшую высоту, оно под действием силы тяжести начинает равноускоренно падать вниз.
При решении задач на движение тела вверх при действии на него только силы тяжести используют те же формулы, что и при прямолинейном равноускоренном движении с начальной скоростью V 0 , только a x заменяют g x :
Читайте также: