Sự rơi tự do là gì? (Vật lý 10)

Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực. Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi). Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.

Câu hỏi: Sự rơi tự do là gì?

Trả lời: Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

Kiến thức tham khảo về sự rơi tự do

1. Tìm hiểu chung

Trong vật lý Newton, chuyển động rơi tự do là bất kỳ chuyển động nào của vật thể với lực hấp dẫn là lực duy nhất tác động lên vật thể đó. Trong bối cảnh của thuyết tương đối rộng, trọng lực bị giảm theo đường cong không gian-thời gian, một vật thể trong trạng thái rơi tự do không có lực nào tác động lên nó và chuyển động theo đường trắc địa. Bài viết này chỉ liên quan đến khái niệm rơi tự do trong vật lý Newton.

Nếu bỏ qua sức cản của môi trường ảnh hưởng lên vật thể (như không khí, nước), theo Galileo, mọi vật rơi tự do đều có cùng tốc độ.

2. Phương, chiều:

- Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi).

- Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.

- Tính chất chuyển động: Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

3. Công thức của chuyển động rơi tự do

Các công thức của chuyển động rơi tự do không có vận tốc đầu

- Công thức tính vận tốc.

Nếu cho vật rơi tự do, không có vận tốc đầu (thả nhẹ cho rơi) thì công thức tính vận tốc của sự rơi tự do là:

v = gt

Trong đó g là gia tốc rơi tự do.

- Công thức tính quãng đường đi được của vật rơi tự do :     

- Công thức của chuyển động rơi tự do có vân tốc đầu:

S = v₀.t + ½ mv²

V = v₀+ gt

v² – v₀² = 2gs

Trong đó:

     + s: quãng đường vật rơi được (m)

     + v: vận tốc của vật tại thời điểm t

     + g: gia tốc rơi tự do

3. Gia tốc rơi tự do.

+ Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g.

+ Ở những nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau :

- Ở địa cực g lớn nhất : g=9,8324m/s²g=9,8324m/s2

- Ở xích đạo g nhỏ nhất : g=9,7872m/s²g=9,7872m/s2

+ Nếu không đòi hỏi độ chính xác cao, ta có thể lấy g=9,8m/s2g=9,8m/s²  hoặc g=10m/s²

a. Phương pháp giải bài tập rơi tự do

Xác định thời gian vật rơi trong giây thứ n và trong n giây cuối

Quãng đường vật đi được trong giây thứ n

- Tính quãng đường vật đi trong n giây:

- Tính quãng đường vật đi trong (n - 1) giây:

- Tính quãng đường vật đi trong giây thứ n: Δs = s₁ - s₂

 Quãng đường vật đi trong n giây cuối

- Tính quãng đường vật đi trong t giây:

- Tính quãng đường vật đi trong (t - n) giây:

- Tính quãng đường vật đi trong n giây cuối: Δs = s₁ - s₂

b. Xác định vị trí hai vật gặp nhau được thả rơi với cùng thời điểm khác nhau

- Chọn chiều dương hướng xuống, gốc tọa độ tại vị trí bắt đầu rơi, gốc thời gian lúc bắt đầu rơi (của vật rơi trước).

- Phương trình chuyển động có dạng:

- Vật 1:

- Vật 2:

Hai vật gặp nhau khi chúng có cùng tọa độ, y₁ = y₂

⇒ Thời điểm hai vật gặp nhau (t)

Thay t vào phương trình chuyển động của vật 1 hoặc vật 2 để tìm vị trí hai vật gặp nhau.

4. Ví dụ minh họa

Bài 1: Một vật rơi tự do khi chạm đất thì vật đạt v = 20 m/s. Hỏi vật được thả rơi từ độ cao nào? Biết g = 10 m/s²

Hướng dẫn:

Ta có vận tốc của vật là : v = v₀ + gt ⇒ t = v/g = 2s

Quãng đường vật rơi: h = S = 1/2 gt² = 20 m

Bài 2: Một vật rơi tự do từ độ cao 15 m xuống đất, g = 9.8 m/s² .

a. Tính thời gian để vật rơi đến đất.

b. Tính vận tốc lúc vừa chạm đất.

Hướng dẫn:

Bài 3: Người ta thả một vật rơi tự do, sau 5s vật chạm đất, g = 9.8 m/s² . Xác định.

a. Tính độ cao lúc thả vật.

b. Vận tốc khi chạm đất.

c. Độ cao của vật sau khi thả được 2s.

Hướng dẫn:

a. Độ cao lúc thả vật: 

b. v = v₀ + gt = 0 + 9.8.5 = 49 m/s

c. Quãng đường vật rơi 2s đầu tiên: S₁ = 1/2 gt_2s² = 19.6m

Độ cao của vật sau khi thả 2s: h = S_3s sau = S – S_2s = 102.9m

Bài 4: Một người thả vật rơi tự do, vật chạm đất có v = 36 m/s, g = 10 m/s² .

a. Tìm độ cao thả vật.

b. Vận tốc vật khi rơi được 15 m.

c. Độ cao của vật sau khi đi được 2.5s.

Hướng dẫn:

 (vì vận tốc sau khi chạm đất : v = gt ⇒ t = 3.6s)

b. Thời gian vật rơi 20m đầu tiên:

⇒ v_15m = gt_15m = 17.3 m/s

c. Khi đi được 2s: 

S_2s = ½ gt² = 20m

h’ = S – S_2s = 44.8 m.