أخر الاخبار

فيزياء أولي ثانوي .. السقوط الحر للأجسام


السقوط الحر

مقدمة:

أحد تطبيقات الحركة هو السقوط الحر للأشياء والمقذوفات (عموديًا أو بزاوية). عندما يسقط جسم سقوطاً حراً من مكان مرتفع فوق سطح الأرض فإنه يبدأ حركته من السكون نحو الأرض متأثراً بقوة الجاذبية. وتزداد سرعة الجسم تدريجياً حتى تصل إلى قيمتها القصوى لحظة الاصطدام بالأرض. وإذا أهملنا مقاومة الهواء فإن الجسم يتحرك في عجلة عادية تسمى "عجلة السقوط الحر" أو "عجلة الجاذبية" (ز). تختلف عجلة الجاذبية قليلاً من مكان إلى آخر على سطح الأرض كلما اقتربنا أو بعدنا عن مركز الأرض.

عجلة الجاذبية الأرضية (g):

وهي عبارة عن عجلة عادية تتحرك فيها الأجسام عندما تسقط بحرية نحو سطح الأرض.

ماذا يعني عندما نقول إن عجلة السقوط الحر لجسم تبلغ (9.8) م/ث²؟

ويعني ذلك أنه عندما يسقط جسم سقوطًا حرًا، تزيد سرعته بمقدار 9.8 م/ث كل ثانية.

توضيحات هامة:

تختلف عجلة الجاذبية الأرضية من مكان إلى آخر على سطح الأرض لأن الأرض مسطحة قليلاً عند القطبين، لذلك تكون الجاذبية عند القطبين أكبر منها عند خط الاستواء بسبب قرب القطبين من مركز الأرض. 
عندما تسقط ريشة وكرة حديدية معًا من مكان مرتفع (مع إهمال مقاومة الهواء)، تتحرك كل منهما نحو الأرض في عجلة منتظمة تسمى عجلة الجاذبية الأرضية. 

تزداد سرعة الجسم كلما اقترب من سطح الأرض أثناء السقوط الحر لأنه يتحرك في عجلة متزايدة عندما يتحرك باتجاه الجاذبية الأرضية. 
تنخفض سرعة الجسم عند إبعاده عن سطح الأرض لأنه يتحرك في عجلة تناقصية عندما يتحرك في اتجاه معاكس لجاذبية الأرض.

ملاحظات هامة لحل مسائل السقوط الحر:

نطبق معادلات الحركة في خط مستقيم عند حل هذه المسائل، باستخدام الرمز (g) لعجلة الجاذبية. 
Vf = Vi + gt
Vf² = Vi² + 2gd
عندما يسقط جسم ما سقوطًا حرًا، Vi = 0. عندما يتم رمي جسم لأعلى، عند أقصى ارتفاع له (فقط)، Vf = 0.
وقت الصعود = وقت الهبوط. 
سرعة الجسم عند أي نقطة أثناء الصعود = (-) سرعة الجسم عند نفس النقطة أثناء الهبوط (الإشارة السالبة تشير إلى أن السرعتين في اتجاهين متعاكسين). 
وفي حالة الصعود تكون عجلة الجاذبية سلبية، أما في حالة الهبوط تكون عجلة الجاذبية إيجابية.

التمارين:

1. يسقط حجر سقوطاً حراً من أعلى المبنى ويصل إلى الأرض بعد 6 ثواني. احسب ارتفاع المبنى، مع العلم أن عجلة الجاذبية الأرضية تساوي 10 م/ث². [180 متر]


2. سقوط حجر من أعلى جبل. 
أوجد سرعته عندما يهبط ٤٥ مترًا، مع العلم أن عجلة الجاذبية الأرضية تساوي ١٠ م/ث². [30 م/ث]


3. يسقط حجر من أعلى منزل ارتفاعه عن سطح الأرض 19.6 متراً. 
احسب سرعته عند وصوله إلى الأرض ووقت وصوله، علما أن عجلة الجاذبية الأرضية تساوي 9.8 م/ث². [٢ ثانية، ١٩٫٦ م/ث]


٤. سقط جسم سقوطًا حرًا داخل بئر نفط. 
إذا استغرقت عملية السقوط 15 ثانية، فاحسب عمق البئر. 
[  1125  م  ]


5. 
أسقط حجر من فوق برج القاهرة فاستغرق 4 ثوان حتى وصل إلى سطح الأرض فاحسب سرعة الحجر لحظة اصطدامه بالأرض
 و احسب ارتفاع البرج  علماً بأن عجلة السقوط الحر  10 م / ث۲
 
[  40 م / ث , 80 متر ]

6.  سقط حجر من سطح منزل فمر امام شخص يقف فى أحد شرفات المنزل على ارتفاع 5 متر من سطح الأرض بعد  4   ثوانى
 من لحظة السقوط أوجد :     1 –  ارتفاع المنزل .     2 –  سرعة الحجر عندما  مر أمام الشخص .  
علماً بأن عجلة الجاذبية 10 م / ث۲  .
[ 85  م  , 40 م / ث ]


7.
 
سقطت تفاحة من شجرة و بعد ثانية واحدة ارتطمت بالأرض احسب قيمة سرعة التفاحة لحظة اصطدامها بالأرض 
 و احسب السرعة المتوسطة للتفاحة خلال السقوط  ثم أوجد بعد التفاحة عن الأرض غند بدء السقوط  
 [ 10 م / ث , 5  م / ث ,  5  م ]

8. يسقط حجر سقوطاً حراً احسب المسافة التى يقطعها الجسم خلال الثانيتين السابعة و الثامنة  .علماً بأن عجلة الجاذبية 10 م / ث۲ . [  140  م  ]

تعليقات



حجم الخط
+
16
-
تباعد السطور
+
2
-