2_5339275910984019546

1.

Физика · 9 класс
Свободное падение:
почему тела падают поразному?
Разбираемся в роли гравитации и
сопротивления воздуха
П1
П2
П3
П4
П5
Опыт
Гипотеза
Трубка
Вакуум
Вывод
Выполнили ученики 10К Сергей и Роман

2.

Что называют свободным падением
Идеальная физическая модель
Падение только под действием силы
тяжести
g ≈ 9,8 м/с²
F = mg
Ускорение свободного падения
у поверхности Земли
Единственная действующая
сила направлена строго к
центру Земли
a=g
0 Па
Ускорение одинаково для всех
тел независимо от их массы
Идеальное условие: полное
отсутствие трения и
сопротивления воздуха
Определение
Строгое условие
Свободным падением в физике
называют движение тела под
действием исключительно
силы тяжести.
Если на предмет действуют
восходящие потоки, сопротивление
воздуха или сила Архимеда, падение
уже не является строго свободным.
Следующий шаг: исторический эксперимент Галилео Галилея
→

3.

Опыт Галилея: Пизанская башня
Конец эпохи Аристотеля
Тяжёлое и лёгкое падают с
одинаковым ускорением
Аристотель утверждал: чем тяжелее тело, тем
быстрее оно стремится к земле. Галилей
усомнился в этом и проверил гипотезу на опыте,
сбрасывая с башни шары разного веса.
В идеальных условиях без помех все тела набирают
скорость абсолютно синхронно. Перо отстает от
монеты только потому, что воздух оказывает ему
сопротивление.
Сброшенные одновременно шары разной массы
достигали земли практически вместе.
Ключевой вопрос: виновата ли масса в отставании пера?
→

4.

Главный вопрос: масса или воздух?
Сравнение поведения тел в повседневной жизни
Бытовой опыт
Физический вывод
Монета и расправленный лист
Сомните лист в плотный комок
В комнате тяжелая монета падает за доли секунды,
а лист бумаги плавно планирует из стороны в
сторону.
Масса бумаги не изменилась ни на грамм, но
скомканный лист падает почти с той же скоростью,
что и монета.
Большая площадь: лист встречает мощное
сопротивление набегающего воздуха.
Ключ к разгадке: дело не в граммах массы, а в
геометрии и сопротивлении среды.
Малый вес: сила сопротивления быстро
уравновешивает силу тяжести листа.
Если устранить воздух, исчезнет и сама
причина отставания легких тел.
Проверяем в лаборатории: трубка Ньютона
→

5.

Трубка Ньютона: опыт с воздухом
Часть 1 · Обычные условия
Трубка заполнена воздухом
1. В прозрачную трубку помещают монету и
кусочек бумаги
2. Трубку переворачивают
3. Бумага падает медленнее и «плывёт» вниз
Сопротивление воздуха особенно сильно
влияет на лёгкий предмет
Следующий шаг: откачиваем воздух насосом
Воздух оказывает значительное сопротивление телу с
большой площадью.
→

6.

Трубка Ньютона: опыт без воздуха
Часть 2 · Условия вакуума
Воздух откачан насосом
К трубке присоединили вакуумный насос и откачали
воздух до состояния технического вакуума. Кран
перекрыт.
1. Из трубки откачивают воздух.
2. Трубку снова переворачивают: оба
предмета стартуют с верхнего конца. Бумага
больше не кружит и падает вертикально,
как камень.
3. Монета и бумага достигают дна
одновременно — тела ударяются в один
миг.
Теоретическое объяснение: расстановка сил
В вакууме тела разной массы и формы движутся с
одинаковым ускорением.
→

7.

Как объяснить результат
Второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения
Сила 1
Тяжесть: F = mg
Действует всегда и тянет тело
вниз. Чем больше масса, тем
больше сила тяжести (
).
В вакууме
Сила 2
Сопротивление:
Fсопр
Направлена против движения.
Зависит от формы, площади и
скорости, а не от массы тела.
Ускорение: a = g
По второму закону:
Инертность тела точно
компенсирует рост силы
тяжести!
В воздухе
В вакууме
↑ Fсопр (мешает падению)
↓ Fтяж = mg
В воздухе:
↑ Fсопр = 0
↓ Fтяж = mg
В вакууме: a = g (для всех тел!)
Закрепляем знание: интерактивная самопроверка
.
→

8.

Проверь себя: что упадёт первым?
Итоговая проверка: не путаем падение в атмосфере со свободным падением
Ситуация 1
В комнате (в воздухе)
Бросаем металлическую монету и птичье перо с
высоты 2 метра.
Результат: первой упадет монета.
Воздух задерживает перо из-за высокой парусности.
Ситуация 2
В вакуумной камере (или на
Луне)
Бросаем те же монету и перо при полном
отсутствии воздуха.
Результат: упадут строго одновременно!
Истинное свободное падение: g не зависит от массы
и формы.
Главный вывод урока: свободное падение — это падение в отсутствие сопротивления воздуха. В
вакууме все тела падают с одинаковым ускорением g ≈ 9,8 м/с².

9.

Задача 1
Рассеянный Карлсон Условие: Карлсон решил подшутить над
Малышом и уронил с крыши банку с вареньем. Малыш выглянул в
окно на 3 секунды позже, чем банка начала своё свободное
падение. На какой высоте находился Карлсон, если банка
приземлилась как раз в тот момент, когда Малыш посмотрел вниз
(считаем, что Малыш смотрит из окна на самом уровне земли)? С
каким «удовольствием» (скоростью) банка вредётся в асфальт?

10.

Задача 2
Пингвинёнок Помпи решил проверить, летают ли пингвины, если их
хорошенько подбросить. Пингвинёнок прыгнул с обрыва
вертикально вверх со скоростью 20 м/с.

11.

Задача 3
Ученик 9 класса решил выключить будильник утром оригинальным
способом: сбросить его с балкона точно в руки другу, стоящему
внизу. Высота балкона — 20 метров. Друг испугался и побежал со
скоростью 5 м/с прочь от дома в момент броска. Поймает ли друг
будильник, если он падает без начальной скорости? (Считаем, что
друг находится на расстоянии 3 метров от проекции балкона в
момент падения будильника).

12.

Спасибо за внимание!