История изучения свободного падения

История изучения свободного падения

Классификация сил

В механике рассматривают три вида сил: гравитационные силы, силы трения и силы упругости. Две последние разновидности (силы трения и силы упругости) определяются тем, как взаимодействуют между собой атомы и молекулы вещества. Происхождение этих сил является электромагнитным.

Что касается гравитационных сил, само название «гравитационный» происходит от латинского «гравио», что означает «тяжесть». Эти силы связаны с взаимодействием тел, обладающих массой.

На сегодняшний день достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:

• гравитационного,
• электромагнитного,
• сильного и слабого.

Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено. Сильное и слабое взаимодействия участвуют в процессах, происходящих в ядрах атомов, и в механике не встречаются. Гравитационное взаимодействие обуславливает силу тяжести, все же остальные силы в механике (упругости, трения и др.) имеют электромагнитную природу.

Свободным падением тел называют движение, которое совершается под действием только силы тяжести.

Сила тяжести – это сила, которая определяет взаимодействие тела вблизи поверхности Земли непосредственно с самой Землей. Говоря о силе тяжести, необходимо вспомнить, что по второму закону Ньютона сила определяется как произведение массы тела на ускорение.



В данном случае ускорением является величина, которую называют ускорением свободного падения. Ее обозначают , читается по-французски «же», происходит это обозначение от первой буквы слова «гравио».



Обратите внимание, что ускорение свободного падения приблизительно равно .

Исходя из этого, сила тяжести будет равна:

Впервые величину ускорения свободного падения определил итальянский ученый  Галилео Галилей 

Он запускал по наклонной плоскости мушкетную пулю и определял ускорение, с которым эта пуля движется. Когда угол наклона увеличивался, то возрастало и ускорение

Проведя огромное количество экспериментов, Галилей пришел к выводу, что есть предельное ускорение, с которым может двигаться тело. Ускорение будет максимальным, если наклонная плоскость будет располагаться вертикально, то есть угол наклона будет составлять 90 ° , а это как раз свободное падение тела. В результате таких опытов он вычислил величину такого предельного ускорения

До Галилея главенствовала теория Аристотеля, который утверждал следующее: быстрее падает то тело, у которого больше масса, т. к. все тела стремятся воссоединиться с Землей тем сильнее, чем больше их масса.

Рассуждение Галилея о свободном падении

Галилео Галилей первым показал, что время падения тела на Землю не зависит от его массы, а определяется лишь характеристиками самой Земли.

Представим себе, что у нас есть тело массой  m . Мы отпускаем его в поле силы тяжести Земли, и оно начинает свободно падать, проходя за время t  расстояние s . Разделим это тело на две половинки, каждая массой по m/2 . Если время падения зависит от массы, то они должны падать медленнее. Но почему они падают медленнее, если, когда они составляли одно целое, они проходили расстояние s  за время t ? Может быть одна половина мешает другой? Но как? Ведь они одинаковой массы. В итоге мы приходим к противоречию, а это значит, что допущение о том, что скорость падения зависит от массы тела, несправедлива.

Галилео принадлежит еще одно рассуждение на эту тему. Мы имеем два куска пластилина. Один массой 3 кг, а другой – 2 кг. Каждый из них падает за какое-то время. Слепим кусок пластилина массой 5 кг и отпустим его. Если время зависит от массы, к какому выводу мы придем?

Почему же так долго не могли смириться с тем, что разные тела все-таки иногда падают за разное время? Например, лист бумаги и свинцовая дробинка падают за разное время

Все дело в том, что не учитывалось сопротивление воздуха. Именно сопротивление воздуха регламентирует тот факт, что лист бумаги будет падать дольше, чем свинцовая дробинка.

Влияние сопротивления воздуха на время падения

Таким образом, приходим к корректному определению свободного падения.  Свободным падением  называют движение тела только под действием силы тяжести. Конечно, не всегда можно пренебречь сопротивлением воздуха, например для парашютиста.

Список литературы

Лебедев В.И. Исторические опыты по физике. – М.: КомКнига, 2007.

Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. – М.: Просвещение.

Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300.

Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» ( Источник )

Интернет-портал «sites.google.com» ( Источник )

Интернет-портал «physics.ru» ( Источник )