Heitkeha liikumine lahti seletatud
Kui sa viskad palli, löödad palli õhku või tulistad kahurist, on tekkiv tee üks füüsika kõige äratuntavamaid kujundeid: parabool. Heitkeha liikumine analüüsib seda, jagades objekti liikumise kaheks täiesti sõltumatuks osaks — konstantseks rõhtsuunaliseks kiiruseks ja püstsuunaliseks kiiruseks, mida gravitatsioon järjekindlalt allapoole kiirendab. Kumbki osa teisest ei tea; nende eraldi käsitlemine ja tulemuste tagasikombineerimine võimaldab täpselt ennustada, kui kaugele heitkeha lendab, kui kaua ta õhus püsib ja kui kõrgele tõuseb — vajamata muud kui elementaarset kinemaatikat.
Paraboolne tee
Konstantse vx kombineerimine kiireneva vy-ga jälgib parabooli. Stardinurk ja algkiirus määravad maksimumkõrguse ja rõhtsuunalise lennukauguse.
Vaba langemine ja heitkeha liikumine
Lase mida tahes — münt või keeglipall — ja gravitatsioon kiirendab teda täpselt samas tempos, seega nad maanduvad koos. Viska midagi hoopis küljelt ja ta langeb ikka otse alla sama kiiresti, sest tema külgmine liikumine ja langev liikumine ei mõjuta teineteist üldse.
Valem
h = ½ · g · t²
- h — langekõrgus (m): kui kaugel ese on langenud oma lähtepunktist
- g — vaba langemise kiirendus (m/s²): kui kiiresti langemiskiirus igal sekundil kasvab — sama igale esemele
- t — aeg (s): kui kaua ese on langenud
Lahendatud näide
Pall lastakse paigalseisust ja langeb 2 sekundit. Kui kaugel ta on langenud? (kasuta g = 9,8 meetrit sekundi ruudu kohta)
- t = 2 s
- g = 9.8 m/s²
- h = ½ · g · t²
- h = 0.5 × 9.8 m/s² × (2 s)²
h = 19.6 m
Kontrolli end
Sama pall lastakse uuesti, aga seekord langeb ta 3 sekundit pigem kui 2. Kui kaugel ta langeb?
- Õige vastus: 44.1 m
- 88.2 m
- 14.7 m
Õigesti! h = ½ × 9,8 m/s² × (3 s)² = 44,1 meetrit — aja ruutimine loeb palju.
Üks pall lastakse laualt otse alla. Samal hetkel saadetakse teine pall horisontaalselt samast lauast. Kumb maandub põrandal varem?
- Alla lastud pall
- Horisontaalselt saadetud pall
- Õige vastus: Mõlemad maanduvad samaaegselt
Täpselt — külgmine kiirus ei muuda langevat liikumist, seega mõlemad pallid maanduvad põrandal samaaegselt.
Kus sa seda näed
Pesapalli heitja kiirsööt langeb, kui ta koduplaadi ületab, sukelduja langemine kiireneb kuni pritsideni, ja küljelt visatud Nerf nool maandub ikka samal hetkel kui otse alla lastud. Igal hetkel, kui midagi liigub õhus Maa pinna lähedal ilma omaenda mootorita, on see liikumine allpool.
Tüüpilised vead
On kiusatus arvata, et raskem ese langeb kiiremini — ilma õhutakistuseta mass langemise kiirust üldse ei mõjuta, ainult õhutakistus saab kerget või vähem aerodünaamilist eset aeglustada. Samuti on lihtne eeldada, et küljelt saadetud heitkeha langeb aeglasemalt kui lihtsalt alla lastud, aga nad maanduvad samal hetkel: horisontaalne liikumine ja vertikaalne langemine on täiesti sõltumatud.
Kuidas see seondub
See on tavaliselt esimene liikumine, millega õpilased kohtuvad ja mille kiirendust ei põhjusta nähtav tõuge ega tõmme — gravitatsioon teeb kiirendamise. Newtoni teine seadus, järgmisena, selgitab, miks iga langev ese kiireneb samas tempos sõltumata massist: F = ma tähendab, et raskem ese vajab võrdeliselt rohkem jõudu kiirendamiseks ja gravitatsioon annab täpselt nii palju rohkem.