تعريف السقوط الحر
يمكن تعريف السقوط الحر (بالإنجليزية: Free Fall) بأنه سقوط الجسم تحت تأثير الجاذبية فقط، الذي يتسارع عادة عند السقوط نحو سطح الأرض بمعدل ثابت هو 9.8 م/ث2 نحو الأسفل،[١] ومن الأمثلة على الأجسام الساقطة بسقوط حر هو سقوط حجر في البئر نحو الأسفل، وإلقاء قطعة من الورق نحو الأسفل أو قذفها في الهواء عمودياً نحو الأعلى.[٢]
معادلات الحركة المرتبطة بالسقوط الحر
يستخدم لوصف السقوط الحر في الفيزياء عادة مجموعة من المعادلات، وهي:[٢]
- مربع السرعة النهائية = مربع السرعة الابتدائية + 2×الإزاحة×التسارع، وبالرموز: V=V0−2.g.(y−y0).
- السرعة النهائية = السرعة الابتدائية + الزمن×التسارع، وبالرموز: V=V0−g.t.
- (الموقع النهائي للجسم - الموقع الابتدائي للجسم) أو الإزاحة = السرعة الابتدائية×الزمن + 1/2×التسارع×مربع الزمن، وبالرموز: y−y0 = V0.t−1/2.g.t.t.
- حيث:
- y−y0 : (الموقع النهائي للجسم - الموقع الابتدائي للجسم) أو الإزاحة.
- V: السرعة النهائية للجسم.
- V0: السرعة الابتدائية للجسم وتساوي صفر عادة إذا بدأ الجسم حركته من وضعية الراحة.
- g: تسارع الجاذبية الأرضية ويساوي 9.8- م/ث2، لأن حركة الجسم تكون نحو الأسفل.
- t: الزمن.
أمثلة على الحركة المرتبطة بالسقوط الحر
إذا تم إسقاط جسم كتلته 10 كغ من وضعية الراحة من الأعلى نحو الأسفل، لتبدأ بالسقوط الحر نحو الأرض تحت تأثير الجاذبية الأرضية، وفي إحدى اللحظات كان ارتفاع الجسم 2 م فوق سطح الأرض، وكانت سرعته 2.5م/ث، جد الارتفاع الذي تم إسقاط الكتلة منه.[٣]
- بالاستعانة بالمعادلة المناسبة من معادلات الحركة ينتج ما يلي:
- مربع السرعة النهائية = مربع السرعة الابتدائية + 2×الإزاحة×التسارع، ولأن الجسم كان في وضعية الراحة فهذا يعني أن سرعته الابتدائية هي صفر، وبالتالي وبتعويض القيم المعلومة في القانون ينتج ما يلي:
- 2.5×2.5 = 0×0 + 2×الإزاحة×-9.8، وبترتيب المعادلة ينتج:
- 6.25 = -19.6×الإزاحة، وبقسمة الطرفين على 19.6، ينتج أن: الإزاحة = -0.32 م.
- الإزاحة = الموقع النهائي للجسم - الموقع الابتدائي للجسم، ومنه:
- -0.32 = 2- الموقع الابتدائي للجسم، ومنه الموقع الابتدائي للجسم أو الارتفاع الذي تم إسقاطه منه = 2.32 م.
إذا رمى محمد كرته في الهواء بسرعة ابتدائية مقدارها 26.2 م/ث بشكل عمودي نحو الأعلى، جد أقصر ارتفاع يمكن للكرة وصوله فوق موقعها الابتدائي.[١]
- بالاستعانة بالمعادلة المناسبة من معادلات الحركة ينتج ما يلي:
- مربع السرعة النهائية = مربع السرعة الابتدائية + 2×الإزاحة×التسارع، والجسم يصل إلى أقصى ارتفاع عندما تصل سرعته النهائية إلى صفر، وبالتالي وبتعويض القيم المعلومة في القانون ينتج ما يلي:
- 0×0 = 26.2×26.2 + 2×الإزاحة×-9.8، وبترتيب المعادلة ينتج:
- 0 = 686.44 + 2×الإزاحة×-9.8، وبترتيب المعادلة ينتج أن: 686.44- = -19.6×الإزاحة.
- الإزاحة = 35 م، وهي تساوي الموقع النهائي للجسم؛ أي أقصى ارتفاع يمكن للكرة وصوله من موقعها الابتدائي.
المراجع
- ^ أ ب "Introduction to Free Fall", www.physicsclassroom.com, Retrieved 14-7-2021. Edited.
- ^ أ ب "Free-Falling Objects", courses.lumenlearning.com, Retrieved 14-7-2021. Edited.
- ↑ Andrew Zimmerman Jones (19-11-2019), "Free Falling Body", www.thoughtco.com, Retrieved 14-7-2021. Edited.
