Физика · 9 класс1 четвертьТема 2Лабораторная работаГОСО РК 2026Средний

Свободное падение тел. Равномерное движение по окружности

Ускорение свободного падения g = 9.8 м/с². Падение без начальной скорости и движение тела, брошенного вертикально вверх. Период (T), частота (ν), линейная и угловая (ω) скорости. Центростремительное ускорение: a_цс = v² / R.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы2 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО

Свободным падением называют движение тела в поле тяготения Земли только под действием силы тяжести при отсутствии сопротивления воздуха.

Галилео Галилей доказал, что в вакууме все тела независимо от их массы, формы и плотности падают с одинаковым ускорением. Опыт Ньютона с длинной стеклянной трубкой, из которой откачан воздух (трубка Ньютона), наглядно показывает, что тяжелая свинцовая дробинка и легкое птичье перышко падают одновременно!

Свободное падение без начальной скорости — это равноускоренное прямолинейное движение с ускорением свободного падения g ≈ 9.8 м/с².

Формулы свободного падения с высоты hНезависимость от массы
h=(g⋅t2)/2;v=g⋅t=2⋅g⋅h;t=2h/gh = (g \cdot t^2) / 2;\quad v = g \cdot t = \sqrt{2 \cdot g \cdot h};\quad t = \sqrt{2h / g}
где h — высота падения (м), v — скорость при ударе о землю (м/с), t — время падения (с), g ≈ 9.8 м/с².
Независимость от массы
Время падения с заданной высоты t = √(2h/g) вообще не зависит от массы падающего тела!

Если телу сообщить начальную скорость ν0, направленную вертикально вверх, его движение состоит из двух симметричных этапов:

1. Подъем (равнозамедленное движение с ускорением a = -g до верхней точки, где мгновенная скорость v = 0).

Время подъема: tпод = ν0 / g.

Максимальная высота подъема: hmax = ν0² / (2g).

2. Спуск (свободное падение из состояния покоя с высоты hmax).

Время спуска в точности равно времени подъема: tсп = tпод = ν0 / g. Полное время полета: tполн = 2 · ν0 / g.

Скорость падения в точку броска в точности равна начальной скорости бросания: vпадения = ν0.

Формулы вертикального броскаСимметрия движения
hmax=v02/(2g);tподъема=v0/g;tполета=2⋅v0/gh_{max} = v_0^2 / (2g);\quad t_{\text{подъема}} = v_0 / g;\quad t_{\text{полета}} = 2 \cdot v_0 / g
На высоте h скорость тела равна: v(h) = √(ν0² - 2·g·h).
Симметрия движения
На любой заданной высоте h скорость тела при подъеме равна скорости при падении: |vвверх| = |vвниз|.

Движение тела, брошенного горизонтально с высоты h со скоростью ν0, представляет собой суперпозицию двух независимых движений:

1. По горизонтали (ось OX): равномерное движение со скоростью vx = ν0 = const (так как проекция силы тяжести Fx = 0). Дальность полета: L = ν0 · t.

2. По вертикали (ось OY): свободное падение без начальной скорости (v0y = 0) с ускорением g. Время полета определяется исключительно высотой: t = √(2h / g).

Траекторией полета является ветвь параболы: y(x) = h - (g / (2ν0²)) · x².

При броске под углом α к горизонту: дальность полета максимальна при угле α = 45°: Lmax = ν0² / g.

ВЕРТИКАЛЬ OY

Свободное падение

Определяет время полета t = √(2h/g) независимо от начальной горизонтальной скорости ν0.
ГОРИЗОНТАЛЬ OX

Равномерное РПД

Определяет дальность полета: L = ν0 · t = ν0 · √(2h/g).

Равномерным движением по окружности называют криволинейное движение с постоянной по модулю линейной скоростью (v = const) по траектории, представляющей собой окружность радиуса R.

Кинематические величины:

• Период обращения (T) — время одного полного оборота в секундах (с): T = t / N.

• Частота обращения (ν или n) — число оборотов в единицу времени в герцах (Гц или 1/с): ν = 1 / T = N / t.

• Угловая скорость (ω — омега) — быстрота изменения угла поворота радиус-вектора: ω = Δφ / Δt = 2π / T = 2π · ν (рад/с).

• Линейная скорость (v) — скорость перемещения точки по дуге окружности: v = 2πR / T = ω · R (м/с). Вектор линейной скорости направлен строго по касательной к траектории!

Связь параметров вращенияУгловая и линейная скорость
v=ω⋅R=(2π⋅R)/T=2π⋅R⋅ν;ω=2π/T=2π⋅νv = ω \cdot R = (2 \pi \cdot R) / T = 2 \pi \cdot R \cdot \nu ;\quad ω = 2 \pi / T = 2 \pi \cdot \nu
где v — линейная скорость (м/с), ω — угловая скорость (рад/с), R — радиус окружности (м), T — период (с), ν — частота (Гц).
Угловая и линейная скорость
У всех точек вращающегося диска угловая скорость ω одинакова, а линейная скорость растет от центра к краю: v ~ R.

Хотя модуль линейной скорости при равномерном движении по окружности постоянен (|v| = const), направление вектора скорости непрерывно изменяется в каждый момент времени!

Любое изменение вектора скорости означает наличие ускорения. Ускорение при равномерном движении по окружности называют центростремительным (aц) или нормальным (an), так как его вектор в любой точке направлен строго по радиусу к центру окружности (перпендикулярно вектору скорости v):

aц = v² / R = ω² · R = (4π² · R) / T².

По второму закону Ньютона центростремительное ускорение создается результирующей центростремительной силой (Fц = m · aц): гравитацией (для спутников), силой натяжения нити (для маятника) или силой трения покоя шин об асфальт (при повороте автомобиля).

Формула центростремительного ускоренияОпасность на поворотах
aц=v2/R=ω2⋅R=(4π2⋅R)/T2a_{\text{ц}} = v^2 / R = ω^2 \cdot R = (4 \pi ^2 \cdot R) / T^2
где aц — центростремительное ускорение (м/с²), v — линейная скорость (м/с), R — радиус (м), ω — угловая скорость (рад/с).
Опасность на поворотах
Центростремительное ускорение пропорционально квадрату скорости: при входе в поворот на удвоенной скорости требуемая сила сцепления растет в 4 раза!
Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул9 класс
Второй закон Ньютона:
F=m⋅aF = m \cdot a[Н]
Ускорение при равноускоренном движении:
a=(v−v0)/ta = (v - v_0) / t[м/с²]
Скорость равноускоренного движения:
v=v0+a⋅tv = v_0 + a \cdot t[м/с]
Перемещение при равноускоренном движении:
s=v0⋅t+(a⋅t2)/2s = v_0 \cdot t + (a \cdot t^2) / 2[м]
Следующая тема

Законы динамики Ньютона. Силы в механике

Перейти к теме →