حركت سقوط آزاد(١)
هر فردی اثر گرانش را در سقوط اجسام مشاهده كرده است. در غیاب مقاومت هوا، تمامی اجسام (در یك منطقه) با یك شتاب سقوط می‌كنند.
علاوه بر این، اگر محدوده حركت جسم در نزدیكی زمین خیلی كمتر از شعاع زمین باشد آنگاه شتاب در حین سقوط ثابت خواهد بود.
این حركت آرمانی، كه از مقاومت صرفه نظر می‌شود و شتاب تقریباً ثابت است به عنوان سقوط آزاد شناخته می‌شود.
از آنجا كه در سقوط آزاد شتاب ثابت است بنابراین معادلات پنج گانه سینماتیك برای تحلیل آن قابل استفاده می‌باشند.
شتاب جسم در حین سقوط آزاد به عنوان شتاب گرانش نامیده می‌شود و مقدار آن با نماد g نشان داده می‌شود.
شتاب گرانش به سمت پایین و در راستای مركز زمین است در نزدیكی سطح زمین مقدار آن حدود g = 9/80m/s2 است. در هر حال مقدار g با فاصله گرفتن از زمین كاهش می‌یابد.
شكل زیر (شکل سمت راست) بر این موضوع تأكید دارد كه سنگ سریع تر از كاغذ سقوط می‌كند.
مقاومت هوا باعث كند حركت كردن كاغذ می‌شود، به طوری كه اگر هوای داخل لوله شیشه‌ای بیرون كشیده شود آنگاه همانند شكل سمت چپ سنگ و كاغذ هر دو با یك شتاب و همزمان سقوط می‌كنند.
تمرین:
در تصویر زیر دو توپ با ابعاد مختلف از یك ارتفاع و همزمان رها می‌شوند. به نظر شما شتاب كدام یك بیشتر است؟ آیا این حركت در هوا روی داده است؟ كدام یك مقاومت كمتری در مقابل هوا دارند؟
اگر مایل باشید آزمایش‌هایی در رابطه با سقوط آزاد مشاهده كنید، با ما همراه باشید:
به فیلم زیر توجّه كنید. در این فیلم دو محفظه شیشه‌ای را مشاهده می‌كنید كه در یكی هوا وجود دارد ولی هوای دیگری تخلیه شده است. به دقت به سقوط پر و سنگ در آن ها توجّه كنید.
در فیلم زیر اثر مقاومت هوا را بر حركت پر و كتاب مشاهده می‌كنید.
حال با یك كلك اثر مقاومت را بر پر حذف می‌كنیم، آیا پر و كتاب با هم سقوط می‌كنند. به فیلم زیر توجّه كنید.
در آزمایش دیگری توپ و كاغذ را رها می‌كنیم. مقاومت هوا بر كدام یك بیشتر اثر می‌كند؟ به فیلم زیر توجّه كنید.
برای كاهش مقاومت بر كاغذ آن را هم اندازه توپ می‌كنیم. آیا با هم سقوط می‌كنند؟
در غیاب مقاومت هوا، سنگ و كاغذ تحت شرایط سقوط آزاد حركت می‌كنند.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: مریم فروزان کیا
