Bài 4: Sự rơi tự do - Vật lý 10

5 trắc nghiệm 12 bài tập SGK 16 hỏi đáp

Sự rơi tự do của các vật là một chuyển động xảy ra rất phổ biến quanh ta. Ai cũng biết, ở cùng một độ cao một hòn đá sẽ rơi xuống đất nhanh hơn một chiếc lá. Nhiều người cho rằng, sở dĩ có hiện tượng đó là do trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên hòn đá lớn hơn trọng lực mà Trái Đất tác dụng lên chiếc lá. Nguyên nhân đó có đúng hay không?

Nội dung bài học Sự rơi tự do dưới đây sẽ giúp các em có được câu trả lời. Mời các em cùng tìm hiểu.

Tóm tắt lý thuyết

I. Sự rơi trong không khí và sự rơi tự do.

1. Sự rơi của các vật trong không khí.

a. Thí nghiệm

  • Để xét xem trong không khí vật nặng có luôn rơi nhanh hơn vật nhẹ không, ta đồng thời thả nhẹ hai vật rơi xuống từ cùng một độ cao, rồi quan sát xem vật nào rơi xuống đất trước.

    • TN1: Thả 1 hòn sỏi và 1 tờ giấy (nặng hơn tờ giấy).

    • TN2: Như TN 1 nhưng tờ giấy vo tròn và nén chặt lại.

    • TN3: Thả 2 tờ giấy cùng kích thước, nhưng 1 tờ để phẳng, 1 tờ vo tròn lại.

    • TN4: Thả hòn sỏi nhỏ và 1 tấm bìa phẳng đặt nằm ngang (nặng hơn hòn sỏi).

b. Kết quả

  • TN1: Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ.

  • TN2: Hai vật nặng nhẹ khác nhau lại rơi nhanh như nhau.

  • TN3: Hai vật nặng như nhau rơi nhanh chậm khác nhau.

  • TN4: Vật nhẹ rơi nhanh hơn vật nặng.

c. Kết luận

  • Trong không khí không phải các vật nặng nhẹ khác nhau thì rơi nhanh chậm khác nhau.

  • Yếu tố quyết định đến sự rơi nhanh chậm của các vật trong không khí là lực cản không khí lên vật và trọng lực tác dụng lên vật.

2. Sự rơi của các vật trong chân không (sự rơi tự do).

  • Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.

  • Định nghĩa :

    • Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

II. Nghiên cứu sự rơi tự do của các vật.

1. Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do.

  • Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi).

  • Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới.

  • Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

2. Các công thức của chuyển động rơi tự do.

a. Công thức tính vận tốc

  • Lấy gốc là vị trí bắt đầu thả vật rơi, không có vận tốc đầu, chiều dương hướng xuống, t là thời gian rơi. Công thức tính vận tốc của sự rơi tự do là:

\(v = g.t\)

 

  • Trong đó, g là gia tốc rơi tự do.

  • Chú ý: Khi \(s = h\) độ cao từ mặt đất đến vị trí thả vật thì v chính là vận tốc vật khi chạm đất.

​b. Công thức tính quãng đường đi được của sự rơi tự do

\(S = \frac{1}{2}g{t^2};{v^2} = 2gS\)

3. Gia tốc rơi tự do.

  • Tại một nơi trên nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g.

  • Ở những nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau :

    • Ở địa cực g lớn nhất : \(g{\rm{ }} = {\rm{ }}9,8324m/{s^2}\) .

    • Ở xích đạo g nhỏ nhất : \(g{\rm{ }} = {\rm{ }}9,7872m/{s^2}\)

    • Nếu không đòi hỏi độ chính xác cao, ta có thể lấy \(g{\rm{ }} = {\rm{ }}9,8m/{s^2}\) hoặc \(g{\rm{ }} = {\rm{ }}10m/{s^2}\)

Bài tập minh họa

Bài 1:

Thả rơi hòn đá từ độ cao h xuống đất. Hòn đá rơi trong 1 s. Nếu thả hòn đá đó từ độ cao 4h xuống đất thì hòn đá rơi trong bao lâu?

Hướng dẫn giải:

  • Áp dụng công thức đường đi của sự rơi tự do

 \(s=\frac{gt^{2}}{2}\)  \(\Rightarrow t =\sqrt{\frac{2s}{g}}\)

với \(s = h = 20m; g = 10 m/s^2.\)

\(\Rightarrow t=\sqrt{2}^2s\Rightarrow t=2s\)

Bài 2:

Một vật nặng rơi từ độ cao 20m xuống đất. Tính thời gian rơi và vận tốc của vật khi chạm đất. Lấy g = 10 m/s2.

Hướng dẫn giải:

  • Chọn gốc tọa độ, gốc thời gian lúc vật bắt đầu rơi, trục tọa độ thẳng đứng, chiều hướng xuống.

  • Ta có phương trình đường đi  \(s =\frac{gt^{2}}{2}\)

  • Khi vật chạm đất \(s = h\)

 \(\Rightarrow t =\sqrt{\frac{2}{g}}\) = \(\sqrt{\frac{2.20}{10}} = 2s\)

  • Áp dụng công thức: \(v = gt \Rightarrow v = 2.10 \Rightarrow v = 20 m/s\)

Bài 3:

Một vật rơi tự do không vận tốc ban đầu từ độ cao 5m xuống. Tìm vận tốc của nó khi chạm đất. Tính thời gian rơi. 

Hướng dẫn giải:

  • Chọn :

    • Gốc O: Là nơi vật bắt đầu rơi.

    • Chiều dương Ox: hứơng xuống.

    • Mốc thời gian: là lúc vật bắt đầu rơi.

  • Ta có: \(h = \frac{1}{2}g{t^2}\)

\( \Rightarrow t = \sqrt {\frac{{2h}}{g}} {\rm{ = }}\sqrt {\frac{{2.5}}{{9,8}}}  = 1,02{\rm{ }}\left( s \right)\) là thời gian vật rơi.

  • Vận tốc của vật khi chạm đất: 

\(v = {\rm{ }}gt{\rm{ }} = {\rm{ }}10.1,02{\rm{ }} = {\rm{ }}10,2{\rm{ }}\left( {m/s} \right).\)

Lời kết

Qua bài giảng Sự rơi tự do này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

  • Trình bày, nêu ví dụ và phân tích được khái niệm về sự rơi tự do.

  • Phát biểu được định luật rơi tự do.  Nêu được những đặc điểm của sự rơi tự do.

  • Giải được một số bài tập đơn giản về sự rơi tự do

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Sự rơi tự do cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. Các em được làm bài thi MIỄN PHÍ để kiểm tra kiến thức cho bản thân nhé.Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt, chuẩn bị sẵn sàng kiến thức để đạt thành tích cao nhất trong học tập nhé!      

-- Mod Vật Lý 10 HỌC247