» » » » » » Căderea liberă

Căderea liberă

postat în: Mecanica | 0
Căderea liberă a unui măr
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Falling_apple_crop.jpg

(Căderea liberă a unui măr. )

În fizica newtoniană, căderea liberă este orice mișcare a unui corp în care gravitația este singura forță care acționează asupra lui. În contextul relativității generale, în care gravitația este redusă la o curbură spațio-temporală, asupra unui corp în cădere liberă nu acționează nicio forță.

Un obiect în sensul tehnic al termenului de „cădere liberă” nu va cade neapărat în sensul obișnuit al termenului. Despre un obiect care se deplasează în sus nu se spune în mod normal că este în cădere, dar dacă este supus numai forței gravitaționale, se spune că este în cădere liberă. Luna este astfel în cădere liberă.

Într-un câmp gravitațional uniform, în absența oricăror alte forțe, gravitația acționează în mod egal asupra fiecărei părți a corpului și aceasta este greutatea, o caracteristică existentă și atunci când câmpul gravitațional este zero (cum ar fi când este departe de orice corp gravitațional).

Termenul „cădere liberă” este adesea folosit mai slab decât în ​​sensul strict definit mai sus. Astfel, căderea printr-o atmosferă fără un parașută desfășurată, sau un dispozitiv de ridicare, este, de asemenea, adesea denumită „cădere liberă”. Forțele de tracțiune aerodinamice în astfel de situații împiedică acțiunea întregii greutăți și, astfel, „căderea liberă” a unui parașutist după atingerea vitezei terminale creează senzația că greutatea corpului este susținută pe o pernă de aer.

Exemple

Exemple de obiecte în cădere liberă includ:

  • O navă spațială (în spațiu) cu propulsie oprită (de exemplu, pe o orbită continuă sau pe o traiectorie suborbitală (balistică) urcând câteva minute și apoi coborând).
  • Un obiect căzut din vârful unui turn.
  • Un obiect aruncat în sus sau o persoană care sări de la sol cu viteză mică (atâta timp cât rezistența aerului este neglijabilă în comparație cu greutatea).

Din punct de vedere tehnic, un obiect este în cădere liberă chiar și atunci când se deplasează în sus sau rămâne pentru moment în repaus la partea de sus a mișcării sale. Dacă gravitația este singura influență care acționează, atunci accelerația este mereu în jos și are aceeași magnitudine pentru toate corpurile, desemnate în mod obișnuit prin g.

Deoarece toate obiectele cad cu aceiași rată în absența altor forțe, obiectele și oamenii vor experimenta lipsa de greutate în aceste situații.

Exemple de obiecte care nu se află în cădere liberă:

  • Zborul într-o aeronavă: există, de asemenea, o forță suplimentară de ridicare.
  • Stând pe pământ: forța gravitațională este contracarată de forța normală de la sol.
  • Coborârea pe Pământ folosind o parașută, care echilibrează forța de gravitație cu o forță de tracțiune aerodinamică (și cu unele parașute, o forță de ridicare suplimentară).

Exemplul unui parașutist care cade și care încă nu a desfășurat o parașută nu este considerat cădere liberă dintr-o perspectivă fizică, deoarece are o forță de tracțiune egală cu greutatea sa odată ce a atins viteza terminalăcădere liberă în aer” este frecvent folosit pentru a descrie acest caz în discursul de zi cu zi, și în comunitatea parașutiștilor.

Timpul de cădere măsurat acustic al unei mici sfere de oțel
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Drop_time.jpg

(Timpul de cădere măsurat acustic al unei mici sfere de oțel care cade de la diferite înălțimi. Datele sunt în concordanță cu timpul estimat de cădere de √(2h/g), unde h este înălțimea și g este accelerația căderii libere din cauza gravitației. )

Lângă suprafața Pământului, un obiect în cădere liberă în vid se va accelera la aproximativ 9,8 m/s2, independent de masa sa. Datorită rezistenței aerului care acționează asupra unui obiect care a fost lăsat să cadă, obiectul va ajunge în cele din urmă la o viteză terminală, care este de aproximativ 53 m/s (195 km/h sau 122 mph) pentru un parașutist uman. Viteza terminală depinde de mai mulți factori, inclusiv masa, coeficientul de rezistență și suprafața relativă, și va fi atinsă numai în cazul în care căderea este de la o altitudine suficientă. Un parașutist tipic într-o poziție orizontală cu mâinile și picioarele desfăcute va ajunge la viteza terminală după aproximativ 12 secunde, timp în care el va cădea cca 450 m.

Căderea liberă a fost demonstrată pe Lună de către astronautul David Scott pe 2 august 1971. El a lansat simultan un ciocan și o pană de la aceeași înălțime deasupra suprafeței lunii. Ciocanul și pana au căzut la aceeași viteză și au ajuns jos în același timp. Acest lucru a demonstrat descoperirea lui Galileo că, în absența rezistenței aerului, toate obiectele se confruntă cu aceeași accelerație datorată gravitației. (Pe Lună, accelerația gravitațională este mult mai mică decât pe Pământ, aproximativ 1,6 m/s2.)

Câmpul gravitațional uniform fără rezistență la aer

Acesta este cazul din „manual” al mișcării pe verticală a unui obiect care cade pe o mică distanță aproape de suprafața unei planete. Este o aproximare bună în aer, atâta timp cât forța de gravitație a obiectului este mult mai mare decât forța de rezistență a aerului sau, în mod echivalent, viteza obiectului este întotdeauna mult mai mică decât viteza terminală.

v(t) = v0 – gt

y(t) = v0t + y0 – gt2/2

unde: v0 este viteza inițială (m/s); v(t) este viteza verticală în raport cu timpul (m/s); y0 este altitudinea inițială (m); y(t) este altitudinea în raport cu timpul (m); t este timpul scurs (s); g este accelerația datorată gravitației (9,81 m/s2) în apropierea suprafeței pământului).

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *