Легкий и тяжелый шары: кто упадет на землю быстрее?
Что тут думать — это же в школе проходят! Да одновременно, конечно же! Это Аристотель почему-то полагал, что тяжелые предметы падают быстрее, но через пару тысяч лет пришел Галилей и заявил, что от массы процесс не зависит. С тех пор и мы думаем так же.
И все же Аристотель был прав. На это, насколько мне известно, первым обратил внимание профессор Н. Гулиа. И объяснение очень простое.
Как известно, тела притягиваются друг к другу. Поэтому не только камень падает на Землю, но и Земля падает на камень. И не только Луна вращается вокруг Земли, но и Земля вокруг Луны — центр масс находится где-то у нас под ногами. Так вот: чем больше массы тел, тем сильнее они притягиваются друг к другу. И Луна, которой вздумается вдруг свалиться на Землю, притянет к себе Землю куда сильнее, чем обыкновенный кирпич. А потому Земля тоже начнет "падать" на Луну и сдвинется с места, СОКРАЩАЯ расстояние между ними. Иными словами, тяжелый предмет будет падать с той же скоростью, что и легкий, но при этом упадет БЫСТРЕЕ, поскольку ему придется пролететь МЕНЬШЕЕ расстояние!
Понятно, что когда речь идет о падении кирпичей массой 5 и 10 кг, то практическая разница во времени падения будет микроскопической. Но если начнет падать кирпич, массой с Землю, то разница будет уже в 50%!
Школьный курс физики
Школу я закончила давно и знания уже совсем позабылись. А может просто день тяжёлый и туплю…Подскажите, знающие люди, что упадёт на землю быстрее – тяжёлое тело или лёгкое? Или они одновременно коснутся земли? По условию задачи тела бросают НЕ в вакууме, с одинаковой высоты и без начального ускорения.
Конечно, этот вопрос уже был прогуглен перед публикацией поста. Судя по ответам в Интернете, тела коснутся земли одновременно. Но мне кажется, что если я с балкона сброшу теннисный мячик и мячик для пинг-понга, то теннисный мячик приземлится быстрее, нет? Для эксперимента уже как-то поздно, соседи проснутся от стука мячиков о землю.
Предвидя вопросы, отвечу сразу. Нет, я не делаю с ребёнком домашнее задание. Зашёл разговор за ужином с друзьями, и я всё как-то не могу осмыслить ответ.
Помимо силы тяжести есть еще сопротивление воздуха, которое зависит от площади предмета. При одинаковых площадях сила сопротивления воздуха одинакова, а сила оказываемая планетой на предмет — нет (на тяжелый действует бОльшая сила). Значит тяжелый упадет быстрее при одинаковых площадях и при наличии воздуха. Физики, я прав?
Народ, есть второй закон Ньютона — F=ma
и есть закон всемирного притяжения F=GmM/(rr)
Если эти две силы равны (на предмет не действует никакая другая силы кроме силы притяжения), то масса самого предмета сокращается и ускорение записывается как a=GM/(rr)
G — гравитационная константа
M — масса Земли — константа
r — расстояние до центра Земли
Тяжёлый или лёгкий предмет разницы в ускорении свободного падения нет, поскольку изменения в силе притяжения компенсируются инерцией. Инерционная масса пропорциональна гравитационной массе.
Сопротивление воздуха чуть замедлит более лёгкий предмет, естественно при одинаковых формах и материале покрытия.
С секундомером такое не увидишь. Нужна камера с высокой скоростью кадров в секунду
Народ, да всё же просто. В среде с сопротивлением ускорение тела a=g-F/m, где F — сила аэродинамического сопротивления. Она зависит от «геометрии» тела, но не зависит от его массы. Поэтому из двух тел с одинаковой «геометрией» (например, для шариков одинакового диаметра) ускорение a будет больше у тяжёлого тела, так как у него отношение F/m будет меньше! А чем больше ускорение, тем быстрее и упадёт.
Быстрее упадет тот объект который имеет большую поперечную нагрузку и меньший коэффициент формы.
Когда таких ребят начнут пиарить на самом высшем уровне?!
Увидел в этом посте (ник GoodCurrentNews) новость о победе российских школьников на международной олимпиаде по физике в Токио.
Золотых медалей удостоены:
Вячеслав Бобков, школа № 1589, г. Москва;
Роман Бурцев, Физтех-лицей имени П.Л. Капицы, г. Долгопрудный, Московская область;
Всеволод Доля, Физтех-лицей имени П.Л. Капицы, г. Долгопрудный, Московская область;
Александр Ершов, Физтех-лицей имени П.Л. Капицы, г. Долгопрудный, Московская область;
Егор Потапов, Общеобразовательная школа Центра педагогического мастерства, г. Москва.
У меня вопрос (к сожалению, риторический): почему и когда таких ребят начнут пиарить на всю страну? Почему в городах не висят баннеры с их лицами (кстати, все супер фотогеничные!)? Почему из них не делают культовых людей?
Условно говоря, их должен принять Президент. Крупные бренды должны их перехватывать для своей рекламы. Им должны подарить крутые подарки.
Чтобы все дети им по-хорошему завидовали, и видели что заниматься физикой это КРУТО, быть умным — КРУТО!
Предложение: давайте закидаем Кремль, Министерство обращениями о том, почему это событие не нашло должного освещения и пропаганды! Потратим 5 минут на Госуслугах.
Работа в Школе. Часть Х. Про нагрузку
Как оказалось, все не так страшно, но и не просто. Времени на подготовку к урокам катастрофически не хватает. Я не могу вести уроки по чужим презентациям, коих много в интернете. В сухом остатке, за выходные мне необходимо сделать 9 презентаций. Две по географии в восьмом классе, две в седьмом и три по физике в девятом. Сложнее всего с географией. Там нет формул, нет определений. Тетради мы не ведем, работаем с контурными картами и картами в атласе. И получается, мне нужно говорить все 45 минут. А здесь самое время сказать, что у меня память, как у корюшки — хватает на пару метров. А информационный бардак в моей голове заставляет долго искать даже знакомые слова. А значит, на каждом слайде должен быть триггер, который мне подскажет, о чем я должен говорить. Соответственно, слайдов получается много. На каждом должна быть фотография или карта. Иногда мои географические презентации достигают 60 слайдов. И в тот момент, когда эти сатаны на уроках начинают беситься или не слушать, становится обидно за зря проделанную работу. Но, надо признать, мне не хватает опыта для удержания внимания.
С Физикой все проще. Я ее не знаю хорошо, но инженерный склад ума делает свое дело. Здесь презентация рождается сама, с искрой и юмором. А так как сам по себе предмет требует записей формул, чертежей и схем, то сама презентация получается не большой. Здесь мне есть, где сымпровизировать, ведь презентация нужна только для того, чтоб не потерять структуру урока. И вывести формулы и определения на доску.
Конечно, девятый класс выпускной, им не до моей физики, особенно учитывая тот факт, что в течение года я третий физик для них.
Однажды на уроке я произнес свою любимую фразу, что если не знать физику, то каждый день будет начинаться с волшебства, на что одна девочка, так мечтательно ответила, что это же хорошо. Но при подготовке к физике меньше пространства для полета. Если в географии из учебника я беру только тему и примерное направление движения, то с физикой так не получится. Здесь надо не забежать вперед и не уйти далеко в сторону.
Мне понравилось преподавать физику. Я стараюсь делать это с огоньком. Жаль, что дети не проникаются этим. Я бы может даже взял всю физику на следующий год (кроме 10-11 класса).
Если будет вдохновение, обязательно напишу свои уроки и казусы на них.
Кстати, про учебники. Почти все учебники физики в СССР были написаны Александром Васильевичем Перышкиным. Наверное, это были хорошие учебники. Сейчас он также числится соавтором современных учебников. Если бы он мог открыть современным учебник, он избил бы им всех редакторов. По голове. Сильно. А некоторых — торцом учебника.
Обычно, под каждой формулой было прописано, какой физической величине соответствует каждая буква и в чем измеряется обозначенная ею величина. Сейчас этого нет. Теперь формула в учебнике – набор букв латинского и греческого алфавита. Если повезет, то ниже напишут, что эта формула дает. Не всегда написано, что буква лямбда — называется лямбда. Для человека ищущего это не страшно, для ученика – непосильный труд, которым он даже заморачиваться не будет. А я еще на учебник географии жаловался.
В любимой киноленте детства «Гостья из будущего» нам был показан образец ученика, к которому нужно стремиться. Время, конечно, еще есть, но с такими учебниками мы таких детей не воспитаем. А было бы неплохо вырастить поколение людей, которым школа нужна будет как локация для занятий и творчества. Стремящимся к знаниям и новым открытиям.
С физикой в одиннадцатом классе все неоднозначно. Я открыл учебник, посмотрел оглавление… закрыл учебник. Снова открыл оглавление и всецело понял смысл выражения: смотришь в книгу, видишь фигу. Не, ну отдельно я эти слова знаю. А вот их комбинации мне не совсем понятны. Хорошо, что мне нужно было подготовить тему «Лазер». Худо-бедно разобрался. Сделал презентацию. Красивую, с картинками, историческими сносками, схемами и прочей херней. Пришел на урок, сказал, что сегодня мы будем изучать лазеры… На меня посмотрели как на сумасшедшего. Как оказалось, Физики у них не было в восьмом и девятом классе из-за отсутствия педагога. В 10 классе им ее преподавали, но романтический момент уже был потерян. Пра-Праучитель показывал им мультфильмы. Смешарики (тваюжмать! СМЕШАРИКИ! ) Фиксиков я бы понял, но Смешарики. Людям, которые могут сбегать за пивом в ближайшее Дикси, вполне официально. А предыдущий учитель ничего не рассказывал, уроков не вел, контрольные они переписывали с её же подачи. Ну, это понятно. Если фундамента нет, то нехрен и дом строить. Со мной ситуация та же. Я прихожу только посидеть с ними в кабинете, к сожалению. Смысл потерян еще два года назад.
Аналогичная ситуация с информатикой. Мы все занимаемся своими делами. Это ненормально, но во многих школах это происходит. У моего домашнего подростка в школе, например, регулярно отсутствует литература (ведет завуч). Я пытался, честно, изучить Паскаль. Но, ни сил, ни времени на это нет.
И опять мое серьезное отношение к процессу обучения разбилось о суровую реальность ГИА (Государственная итоговая аттестация). И получается, что в эти два года нет обучения, есть только подготовка к ЕГЭ. Зачем? Выпускаются люди с вдолбленной математикой, физикой, информатикой и ни одного образованного. Словосочетание «Жертва ЕГЭ» заиграла новыми красками. Зачем им вообще ходить на уроки. Пусть занимаются с репетитором и ходят в школу сдавать проверочные работы. А по хорошему – организовать группы из сдающих предмет и организовано его зубрить, как в мультфильме про Икара и Мудрецов.Quod licet Jovi, non licet bovi.
Почему дети идут в 10 класс? По их словам – не хотят терять время. Какое время? Как мне кажется, они больше теряют времени здесь. Они не учатся, они готовятся к ЕГЭ. И это реалии современного Российского образования.Я уже не говорю о высших учебных заведениях – там тоже не все как раньше.
В итоге получается, что министерство образования требует от образовательных организаций рейтинг, для поддержания рейтинга школа готовит детей к только к ЕГЭ и ОГЭ. В этой схеме не хватает одного- знаний. Баллы есть, рейтинг есть. Широких знаний нет.
Работа в школе, часть 8
Запись февральская, но, так как было плохо со временем, руки не доходили отредактировать. Извините за иногдашнее отсутствие пробелов, при копипасте теряются.
Особо серьезных прошу отнестись к тексту как к рассказу, хотя это правда.
Сегодня меня вызвали к директору и завучу (я давно не произносил этих слов, и все равно не по себе). Попросили вести информатику, потому что химик уходит. А надо сказать, я географию за ним веду. Предлагали взять химию, но мои знания в химии заканчиваются на формуле воды. И спирта. И еще я знаю, что спирт легче воды. И нельзя просто взять и смешать 400 граммов спирта и 600 граммов воды. Водка не получится. Нужно взять 400 мл 95%-ого спирта и 578 мл воды. И наливать спирт в воду, а не наоборот. После этого положить несколько таблеток активированного угля на пару часов. Лимон, травы, ягоды – по вкусу. Отвлекся.Я согласился на информатику. Но, если честно, начинает не хватать времени. Да и информатик из меня, как из меня же географ, только хуже. Но, так как в 40 лет жизнь только начинается, буду набираться опыта. Может, учителем года стану… Или директором школы.
Кстати, я часто в своих записях использую слово дети. Но никак не могу привыкнуть, что эти люди, с усами или со сформировавшейся грудью – дети. Я к ним ошибочно отношусь как к взрослым. И постоянно забываю, что им по 14-16 лет. И боюсь ляпнуть что то не то. Однажды, перед новым годом в здании праздновалось Шестидесятилетие школы. После концерта, с гостями должен был быть фуршет. Два 11-классника помогали сервировать стол. Нормальные парни, из числа «гордость школы». Так вот: накрывая стол бокалами, я сказал, что коньяк есть, а снифтеров нет. Для ребят слово незнакомое и пришлось рассказать, что снифтер – это бокал дляконьяка, сохраняющий и передающий аромат этой амброзии его ценителю. И тут мне показалось, что я научил их пить коньяк. Теперь эти пацаны, когда будут пить теплую водку в подъезде из пластикового стаканчика, расскажут собутыльникам про то, как надо пить коньяк.
Пока писал эти строки, концепция изменилась. Я буду вести физику. С физикой у меня несколько проще отношения, чем с географией… наверное.
В результате,теперь в моем арсенале — География, Физика и Информатика. Итого 29 часов в неделю педагогической нагрузки. Надеюсь, пересмотрят, так как есть девятые и одиннадцатые классы. А это ЕГЭ и ОГЭ, соответственно другая ответственность.
Учителей не хватает по многим причинам. Коллектив частично — учителя старой закалки и соответствующего возраста. Они не признают калькуляторы, а ноутбук для них работает как подсветка рабочего стола. Деревянного стола. Вторая часть учителей – молодые специалисты после ВУЗа либо училища. Или даже во время него. Большинство недалеко ушли от школьников. Но есть и сильные молодые учителя. Ставка учителя – 18 часов. У меня теперь их 29. Чуть больше, чем полторы ставки. Плюс должность зама по безопасности и полставки охраны труда. Я еще не понял, на что подписался, но когда над моим расписанием офигел составитель расписания, офигел и я. Конечно, я подходил к директору и говорил о своих опасениях. Но деваться им некуда, в конце учебного года найти учителя сложно. Почти невозможно. Посмотрим. После того, что жизнь со мной делала, уже мало страшного.
Работать в школе сложно. Но:
Я всю жизнь просидел в офисе. Ну не то, чтоб прям просидел. Были места, где был свадебной лошадью. Весь красивый, в галстуке корпоративного цвета, побритый. Но в течение дня наматывал по 15 тысяч шагов (по версии телефона). К вечеру сидел на стуле с отсутствующим взглядом и не в силах даже пойти к машине, чтоб поехать домой. А приехав – засыпал без снов, чтоб в 5.30 повторить вчерашний день. Иногда был график 3/3, иногда переходящий в 5/1. Вроде выходных много, но первый уходит на то, чтоб восстановить пошатанное здоровье, а третий – подготовка к «веселым стартам».
Была работа, где нужно было сидеть в офисе и… и все. Иногда, раз в месяц, было чем заняться, причем в авральном режиме. Редкие командировки скрашивали офисные будни. Я выдержал год. Скука смертная.
Были и руководящие должности. Но ведь над руководителем всегда есть другой руководитель. Иногда приходится сидеть за компьютером и делать красивый, но нечестный отчет. Или, по требованию руководства, требовать от людей поработать пару недель без выходных. Конечно, не все так плохо, были и интересные задачи и проекты. С началом СВО все потеряло смысл, предприятие переформировалось и пришлось уйти. Теперь для меня это прошлая жизнь.
Сейчас я все выходные провожу за учебниками. Если бы меня могла видеть мама в этот момент… Сын – сидит – за — учебниками. Сам. Без уговоров. Абсурд в каждом слове. Но, я привык быть профессионалом и, осознавая свой непрофессионализм, пытаюсь к нему тянуться. За эти несколько месяцев я узнал больше, чем за всю школьную программу. Я знаю, почему в тайге растут только еловые виды деревьев, как распространяется электромагнитная волна и самую бедную страну в Центральной Америке. И постоянно получаю новые знания. Конечно, мне в жизни это вряд ли пригодится, но мне нравится, что мой мозг во второй половине жизни начал работать в ином направлении, кроме мыслей, как заработать чужому человеку его миллионы.
Я иногда вспоминаю прошлую жизнь и содрогаюсь. Мне не хочется обратно. Я лучше здесь буду гонять школоту за полоски от ботинок на линолеуме, счищать лед с козырька, делать уроки, издавать никому не нужные приказы, таскать мебель, чем быть расходным материалом в суровой машине бизнеса.
Ладно… пойду, устрою контрольную по географии в 8 классе, отдохну от физики в девятом.
Что упадет быстрее в воздухе?
Что упадет быстрее в воздухе? Имеются Два шара одинаковой площади(у обоих обтекаемая форма пропорциональный друг к другу), кроме массы, масса у одного тела допустим 10 килограмм у второго 30. Если же вы скажете что быстрее упадет тяжелый тогда поясните пожалуйста где был не прав Галилео Галилей, когда он скидывал с пейзанской башни 2 предмета.
Вначале оговорюсь, что все рассуждения строю из предположения, что шары сплошные и имеют одинаковые диаметры (по условию задачи – одинаковые площади). Если бы шары бросали в безвоздушном пространстве, то в независимости от высоты бросания они упали бы одновременно, не смотря на существенную разницу в их массах. В атмосфере падение будет иным. И если «копать» достаточно глубоко, то следует учитывать выталкивающую силу (силу Архимеда) атмосферы. В этом случае ускорение, с которым будут падать шары в начале падения, будет определяться выражением (не буду приводить все выкладки, дам лишь окончательный результат) a = g (1- Пв/Пш), где g – ускорение свободного падения; Пв – плотность воздуха; Пш – плотность вещества шара. Поскольку для обоих шаров g и Пв одни и те же, а плотность свинца больше плотности алюминия, то из этого выражения видно, что в начале падения ускорение будет больше у свинцового шара. Но, как известно, при возрастании скорости падения увеличивается сила сопротивления воздуха. Сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости падения и определяется выражением. F = Cx*S* V^2*Пв/2. Где Сх – коэффициент аэродинамического сопротивления; S — площадь сечения тела; V – скорость падения, Когда сила сопротивления воздуха становится равной весу тела, то скорость падения перестает расти. Т.е. можно записать равенство Мш*g = Cx*S* V^2*Пв/2. Где Мш – масса шара. Отсюда V^2 = 2 Мш*g/ Cx*S* Пв. Из этого выражения видно, что чем больше масса шара, тем большей будет установившаяся скорость падения шара, при равенстве остальных параметров. Т.е. установившаяся скорость падения свинцового шара будет больше установившейся скорости падения шара алюминиевого. Отсюда можно сделать вывод, что ускорение при падении шара свинцового будет всегда больше ускорения падения шара алюминиевого. Свинцовый шар упадет раньше, чем алюминиевый, при бросании их с одинаковой (любой) высоты.
Если теперь говорить о Галилее, точнее о легенде в которой ему приписывают бросание ядра и пули, и опять же «копать» глубоко и подходить к вопросу строго, то нельзя сказать определенно в чем ошибался Галилей. И ошибался ли он вообще. Мы не знаем из какого материала было изготовлено ядро. Мы не знаем было ли оно сплошным или пустотелым. От этого будет зависеть средняя плотность материала ядра. Мы не знаем из чего была изготовлена пуля. Мы не знаем размеров предметов. Так что его вывод (по легенде), что пуля и ядро достигнут земли одновременно, может быть вполне точным. Для имеющейся высоты башни, теоретически можно найти такие соотношения средних плотностей ядра и пули и их диаметры, при которых их касание поверхности земли, с учетом сопротивления воздуха, при падении будет одновременным. Ну а более «научные» источники говорят о том, что Галилей ни чего не бросал с Пизанской башни. И если это так, то говорить о его ошибке вообще некорректно.
Почему в воздухе быстрее падают тела с большей массой
Что упадет быстрее в воздухе? Имеются Два шара одинаковой площади(у обоих обтекаемая форма пропорциональный друг к другу), кроме массы, масса у одного тела допустим 10 килограмм у второго 30. Если же вы скажете что быстрее упадет тяжелый тогда поясните пожалуйста где был не прав Галилео Галилей, когда он скидывал с пейзанской башни 2 предмета.
Вначале оговорюсь, что все рассуждения строю из предположения, что шары сплошные и имеют одинаковые диаметры (по условию задачи – одинаковые площади). Если бы шары бросали в безвоздушном пространстве, то в независимости от высоты бросания они упали бы одновременно, не смотря на существенную разницу в их массах. В атмосфере падение будет иным. И если «копать» достаточно глубоко, то следует учитывать выталкивающую силу (силу Архимеда) атмосферы. В этом случае ускорение, с которым будут падать шары в начале падения, будет определяться выражением (не буду приводить все выкладки, дам лишь окончательный результат) a = g (1- Пв/Пш), где g – ускорение свободного падения; Пв – плотность воздуха; Пш – плотность вещества шара. Поскольку для обоих шаров g и Пв одни и те же, а плотность свинца больше плотности алюминия, то из этого выражения видно, что в начале падения ускорение будет больше у свинцового шара. Но, как известно, при возрастании скорости падения увеличивается сила сопротивления воздуха. Сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости падения и определяется выражением. F = Cx*S* V^2*Пв/2. Где Сх – коэффициент аэродинамического сопротивления; S — площадь сечения тела; V – скорость падения, Когда сила сопротивления воздуха становится равной весу тела, то скорость падения перестает расти. Т.е. можно записать равенство Мш*g = Cx*S* V^2*Пв/2. Где Мш – масса шара. Отсюда V^2 = 2 Мш*g/ Cx*S* Пв. Из этого выражения видно, что чем больше масса шара, тем большей будет установившаяся скорость падения шара, при равенстве остальных параметров. Т.е. установившаяся скорость падения свинцового шара будет больше установившейся скорости падения шара алюминиевого. Отсюда можно сделать вывод, что ускорение при падении шара свинцового будет всегда больше ускорения падения шара алюминиевого. Свинцовый шар упадет раньше, чем алюминиевый, при бросании их с одинаковой (любой) высоты.
Если теперь говорить о Галилее, точнее о легенде в которой ему приписывают бросание ядра и пули, и опять же «копать» глубоко и подходить к вопросу строго, то нельзя сказать определенно в чем ошибался Галилей. И ошибался ли он вообще. Мы не знаем из какого материала было изготовлено ядро. Мы не знаем было ли оно сплошным или пустотелым. От этого будет зависеть средняя плотность материала ядра. Мы не знаем из чего была изготовлена пуля. Мы не знаем размеров предметов. Так что его вывод (по легенде), что пуля и ядро достигнут земли одновременно, может быть вполне точным. Для имеющейся высоты башни, теоретически можно найти такие соотношения средних плотностей ядра и пули и их диаметры, при которых их касание поверхности земли, с учетом сопротивления воздуха, при падении будет одновременным. Ну а более «научные» источники говорят о том, что Галилей ни чего не бросал с Пизанской башни. И если это так, то говорить о его ошибке вообще некорректно.
Почему тело массой 5 кг падает быстрее чем тело массой 1 кг.
Вопрос интересный =). Ответ: не почему. Тела падают с одной скоростью. Гравитационное взаимодействие прямо пропорционально массе, а ускорение — обратно пропорционально массе. В итоге при движении, вызванным только силой гравитации, зависимость ускорения от массы компенсируется и исчезает. Именно поэтому ускорение свободного падения постоянно равно 9.8 м. с^2 (примерно) будь то человек, будь то самолет =) (масса не важна) .
Сопротивление воздуха — это отдельный случай, 100 тонный дерижабль будет падать медленнее пудовой гири например =)).
Есть еще опыт показывающий, что в вакуумной колбе перо и свинец падают с одной скоростью, я в хорошей школе учился, да =)))))
так и не зависит!
ну попробуй сбросить две гири и сравнить. Вообще-то в хороших школах этот опыт (Галилея) показывают на уроках.
Совсем не обязательно.
В вакууме все тела падают с одинаковой скоростью.
А в воздухе может быть и 1 кг кусок свинца, который рухнет почти так же, как и в вакууме, а может и 5 кг кусок пенопласта, который плавно спланирует.
Что упадет быстрее камень или перо
если кинуть два разных по массе предмета, например один с весом 3 кг, а другой с весом в 500 грамм, что быстрее упадет на Землю с одинаковой высоты?
Если не затруднит с объяснением.Заранее спасибо.
Атмосфера тормозит движение, причем при значительных скоростях сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости. В результате всякое падающее тело через несколько секунд приобретает постоянную скорость, причём для каждого тела эта скорость различна. Она зависит от формы тела. Например, шарик и кубик одинаковой массы и одинаковой плотности упадут не вместе, шарик раньше. Естественно, одинаковые по размеру шарик из стали и шарик из пробки тоже упадут не вместе, стальной раньше.
Сравнивать время падения в воздухе двух тел, зная только массу, но не зная объёма и формы, неправильно.
Что падает быстрее: камень или почтовая марка, монета или маленький кусочек бумаги? Мы ответим на этот вопрос, но прежде проделаем несколько опытов.
Возьмем в правую руку десятикопеечную монету, а в левую — маленький кусочек бумаги. Выпустим одновременно оба предмета. Мы легко заметим, что монета, падая вертикально, быстро достигнет пола, а кусочек бумаги, медленно планируя, упадет гораздо позднее. Может показаться, что тело падает тем быстрее, чем оно тяжелее.
Но попробуем бросить одновременно килограммовую гирю и однокопеечную монету. Мы обнаружим, что они коснутся земли в одну и ту же секунду, несмотря на то что вес копеечной монеты в тысячу раз меньше, чем вес килограммовой гири.
Разгадка этого кажущегося противоречия состоит в том, что листку бумаги гораздо труднее, чем монете, преодолеть сопротивление воздуха, так как поверхность такого листка сравнительно очень велика. Если же мы скатаем этот листок бумаги в маленький шарик и опять бросим, то увидим, что он падает так же быстро, как и монета.
В этом последнем случае воздушное сопротивление, которое встречает падающая бумажка, будет совершенно ничтожным. Когда нет сопротивления воздуха, форма падающего тела не играет никакой роли. Физик это доказывает, когда в длинном, герметически закрытом сосуде, из которого выкачан воздух, заставляет падать самые разнообразные тела. В таком сосуде легчайшее перышко падает так же быстро, как и тяжелый кусок камня. А падают все тела вертикально вниз потому, что их притягивает Земля.
Согласно биографии Галилео Галилея, написанной его учеником Винченцо Вивиани, в 1589 году Галилей провёл эксперимент, сбросив два шара различной массы со знаменитой падающей башни в Пизе, чтобы продемонстрировать, что время падения не зависит от массы шара [1] . С помощью этого эксперимента Галилей якобы обнаружил, что тела упали практически одновременно, опровергнув теорию Аристотеля, которая утверждала, что скорость падения пропорциональна массе тела. В то время, когда, по описанию Вивиани, Галилей проводил свой эксперимент, он ещё не сформулировал окончательный вариант своего закона свободного падения [1] [2] .
Хотя история об экспериментах Галилея на Пизанской башне вошла в научный фольклор, в трудах самого Галилея нет упоминания об этих экспериментах, и большинство историков науки склонны считать, что это был лишь мысленный эксперимент, который на самом деле не осуществлялся [3] [4] . Исключение составляет лишь позиция Дрейка, который считает, что эксперимент Галилея имел место в действительности примерно в том виде, как это описал Вивиани [1] .
Опыты по падению тел [ править | править код ]
Одним из первых опровергнуть утверждение Аристотеля попытался нидерландский учёный Симон Стевин. Можно предположить, что его результаты были известны Галилею.
Галилей так описывает знаменитый мысленный эксперимент в своей книге «О движении» [5] .
Представьте себе два предмета, один из которых тяжелее другого, соединённых верёвкой друг с другом, и сбросьте эту связку с башни. Если мы предположим, что тяжёлые предметы действительно падают быстрее, чем лёгкие и наоборот, то лёгкий предмет должен будет замедлять падение тяжёлого. Но поскольку рассматриваемая система в целом тяжелее, чем один тяжёлый предмет, то она должна падать быстрее него. Таким образом мы приходим к противоречию, из которого следует, что изначальное предположение (тяжёлые предметы падают быстрее лёгких) — неверно.
Опыты с качением тел по наклонной плоскости [ править | править код ]
Из-за несовершенства измерительного оборудования того времени свободное падение тел изучать было почти невозможно. В поисках способа уменьшения скорости движения Галилей заменил свободное падение на качение по наклонной поверхности, где были значительно меньшие скорости и сопротивление воздуха. Было замечено, что со временем скорость движения растет — тела движутся с ускорением. Был сделан вывод, что скорость и ускорение не зависят ни от массы, ни от материала шара.
Предположив, что произошло бы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законы падения тел для идеального случая:
- Все тела при падении движутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковой скоростью.
- Движение происходит с постоянным ускорением.
Ученый также отметил: если соединить две наклонные поверхности так, чтобы скатившись по одной из них, шар поднимался по другой, он поднимется на ту же высоту, с которой начал движение, независимо от наклона каждой из поверхностей.
Галилей проверил, что полученные им законы скатывания качественно не зависят от угла наклона плоскости, и, следовательно, их можно распространить на случай падения. Окончательный вывод Галилея из последней его книги: скорость падения нарастает пропорционально времени, а путь — пропорционально квадрату времени.