درس السقوط الحر
السقوط الحرك في الفيزياء
مفهوم السقوط الحر :
هو عبارة عن سقوط الاجسام على الأرض بفعل الجاذبية الأرضية ، مع اهمال تأثير مقاومة الهواء .
أمثلة على السقوط الحر :
إذا حملنا حجرًا بيدنا وتركناه حر الحركة من مكان مرتفع ، فإنّ الحجر سيقع على الأرض على شكل "سقوطٍ حرّ".
وكذلك سقوط الكرة عمودياً من سطح المبنى نحو الأرض .
إن سقوط أي جسم في نطاق الجاذبية الارضية بإهمال مقاومة الهواء يسمى بـ" السقوط الحر" ، وعندما نقول " في نطاق الجاذبية الارضية " أي أنه لا يوجد أي قوة تؤثر على الجسم سوى قوة الجاذبية الأرضية باتجاه مركزها ، وهذا يتطلب فرض عدم وجود الهواء ، أي ان مفهوم السقوط الحر يتعلق بالفراغ .
لقد إعتقد الناس قديماً ، ومنهم العالم الإغريقي أرسطو ، أن سرعةَ الجسم الساقط تتوقف على وزنه ! وفي حياتنا اليومية ، يبدو لنا للوهلة الأولى أنّ الأجسام الثقيلة تسقطُ أسرعَ من الأجسام الخفيفة ، مثل قصاصةَ الورق أو الريشة !
وكان الإعتقاد السائد آنذك أن سرعة الجسمِ الساقط تتوقف على وزنه ،
إلا أن العالم غاليلو (1564 – 1642م) برهن خطأ هذا الاعتقاد وذلك بتجربته المشهورة ، حيث قام بإلقاء كرات متساوية بالحجمِ ومختلفةٍ في الكتلة من قمةِ برج بيزا المائل في إيطاليا أمام حشد كبير من مؤيدي رأي أرسطو في ذلك الوقت ، وأظهر لهم أن الكراتِ الخفيفة والثقيلة تصل الأرض معاً ،
وقد استعمل جاليليو في تجربته هذه أجساماً ذات شكل يجعلها لا تتأثر كثيراً بمقاومةِ الهواء أثناء السقوط.
وبعد اكتشاف مفرغة الهواء ، تمَّ إثبات (أن جميع الأجسام تسقط بسرعة واحدة في الفراغ في مكان واحد) .
ويمكن وصف حركة الأجسام الساقطة عمودياً بالآتي :
1ـ إن مقاومة الهواء تعمل على إبطاء حركة الأجسام .2ـ لا يكون تأثير مقاومة الهواء متساويا على جميع الأجسام فهي لا تعمل على إبطاء حجر ساقط كثيراً، بينما تؤثّر على ريشة ساقطة تأثيراً أ كبر .
3ـ جميع الأجسام الساقطة سقوطاً حراً تبدأ حركتها بسرعة ابتدائية تساوي صفراً .
4ـ الجسم الساقط سقوطاً حراً يخضع لقوة ثابتة تسمى قوة الجاذبية الأرضية له ، وتؤثر دائماً باتجاه مركز الأرض ، أي الاتجاه الرأسي (الشاقولي) للأسفل .
5ـ الأجسام الساقطة سقوطاً حراً من الارتفاع نفسه عن سطح الأرض تحتاج إلى الفترة نفسها لتصل إلى الأرض .
6ـ لا علاقة لكتلة الجسم الساقط سقوطاً حراً بزمن الوصول وبالتالي لا علاقة للكتلة هنا بالتغير في السرعة .
7ـ تتزايد سرعة الأجسام الساقطة سقوطاً حراً بمعدل زمني ثابت .
8ـ تكتسب الأجسام الساقطة سقوطاً حراً تسارعاً ثابتاً متساوياً لجميع الأجسام .
عرفت أننا نطلق على سقوطِ الأجسامِ بتأثير قوةِ جذبِ الأرضِ لها (السقوطُ الحرّ) ويكونُ مسارهُ (شاقولياً) أي عمودياً على مستوى الأفق . وبإهمال مقاومة الهواء يكون تسارع جميع الأجسام الساقطة قريباً من الأرض متساوياً ويساوي 10م/ث2 ويسمى تسارع السقوط الحر .
ملاحظة مهمة : يطلق مصطلح السقوط الحر على الأجسام الساقطة نحو الأسفل أو المنطلقة نحو الأعلى تحت تأثير الجاذبية الأرضية .
- الأجسام الساقطة باتجاه الأرض تزداد سرعتها خلال سقوطها ، من خلال الزيادة في الإزاحات .
عجلة الأجسام الساقطة :
- بغياب مقاومة الهواء تسقط كل الأجسام قرب سطح الكوكب ، بالعجلة نفسها . وتدعى هذه الحركة حركة السقوط الحر .
- لدى انعدام مقاومة الهواء تسقط كل الأجسام بالعجلة نفسها دون اعتبار لكتلتها .
- يرمز إلى عجلة السقوط الحر على سطح الأرض بالرمز g ومقدارها تقريباً 9.81m/S2 وتسمى عجلة الجاذبية الأرضية .
- تتجه عجلة الجاذبية الأرضية إلى أسفل باتجاه مركز الأرض .
قذف جسم رأسياً إلى أعلى : لدى رمينا جسماً إلى أعلى في الهواء فإن الجسم يستمر في الصعود لبعض الوقت ، إلى أن يقف لحظياً في القمة وتكون سرعته عن القمة تساوي صفر ، ثم يغير اتجاه حركته ويبدأ في السقوط نحو الأرض.
- كل الأجسام المقذوفة إلى أعلى في الهواء يكون لها بعد إطلاقها ، عجلة ثابتة إلى أسفل مقدارها 9.81m/s2 .
س: ما الذي يحدث عند قذف كرة رأسياً إلى أعلى :
ج: تتناقص الإزاحة الرأسية للكرة مع تتابع الفترات الزمنية ، إلى أن تتوقف الكرة وتبدأ أخيراً بالسقوط بسرعة متزايدة إلى أسفل .
عجلة الأجسام الساقطة :
- بغياب مقاومة الهواء تسقط كل الأجسام قرب سطح الكوكب ، بالعجلة نفسها . وتدعى هذه الحركة حركة السقوط الحر .
- لدى انعدام مقاومة الهواء تسقط كل الأجسام بالعجلة نفسها دون اعتبار لكتلتها .
- يرمز إلى عجلة السقوط الحر على سطح الأرض بالرمز g ومقدارها تقريباً 9.81m/S2 وتسمى عجلة الجاذبية الأرضية .
- تتجه عجلة الجاذبية الأرضية إلى أسفل باتجاه مركز الأرض .
قذف جسم رأسياً إلى أعلى : لدى رمينا جسماً إلى أعلى في الهواء فإن الجسم يستمر في الصعود لبعض الوقت ، إلى أن يقف لحظياً في القمة وتكون سرعته عن القمة تساوي صفر ، ثم يغير اتجاه حركته ويبدأ في السقوط نحو الأرض.
- كل الأجسام المقذوفة إلى أعلى في الهواء يكون لها بعد إطلاقها ، عجلة ثابتة إلى أسفل مقدارها 9.81m/s2 .
س: ما الذي يحدث عند قذف كرة رأسياً إلى أعلى :
ج: تتناقص الإزاحة الرأسية للكرة مع تتابع الفترات الزمنية ، إلى أن تتوقف الكرة وتبدأ أخيراً بالسقوط بسرعة متزايدة إلى أسفل .