– Sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại.

– Newton đã làm thí nghiệm với các ống hút chân không. Hai vật rơi là viên bi chì và chiếc lông chim. Kết quả cho thấy trong chân không hai vật rơi nhanh như nhau.

Trong ống có không khí           Trong ống không có không khí

Hình 10.1. Thí nghiệm về sự rơi tự do

Nếu loại bỏ được sức cản của không khí, mọi vật rơi nhanh như nhau.

a. Sự rơi tự do

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

– Nếu vật rơi trong không khí mà độ lớn của lực cản không khí không đáng kể so với trọng lượng của vật thì cũng coi là rơi tự do.

Chuyển động rơi chỉ chịu tác dụng của trọng lực gọi là rơi tự do.

b. Đặc điểm của chuyển động rơi tự do

– Phương và chiều: Sự rơi tự do có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.

– Tính chất: Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

– Gia tốc rơi tự do:

+ Gia tốc rơi tự do kí hiệu là \(g\), giá trị của \(g\) phục thuộc vào vĩ độ địa lí và độ cao.

+ Ở gần bề mặt Trái Đất, người ta thường lấy giá trị của \(g\) bằng 9,8 m/s².

– Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống. – Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, mọi vật đều rơi tự do với cùng gia tốc \(g\). Gia tốc rơi tự do ở các nơi khác nhau trên Trái Đất thì khác nhau.

c. Công thức rơi tự do

Độ dịch chuyển, quãng đường đi được tại thời điểm t:

\(d=s=\dfrac{1}{2}.g.t^2\)

Vận tốc tức thời tại thời điểm t:

\(\text{v}_t=g.t\)

Liên hệ giữa vận tốc và quãng đường đi được với gia tốc: \(\text{v}_t^2=2.g.s\)

Bài tập vận dụng: Một người thả một hòn bi từ trên cao xuống đất và đo được thời gian rơi là 3,1s. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g = 9,8 m/s².

a) Tính độ cao của nơi thả hòn bi so với mặt đất và vận tốc lúc chạm đất.

b) Tính quãng đường rơi được trong 0,5s cuối trước khi chạm đất.

Giải

a) Độ cao của nơi thả hòn bi so với mặt đất là: \(h = \frac{1}{2}g{t^2} = \frac{1}{2}.9,8.3,{1^2} = 47,089(m)\)

Vận tốc vật lúc chạm đất là: v = g.t = 9,8.3,1 = 30,38 (m/s)

b) Quãng đường vật rơi trong 3,1 – 0,5 = 2,6 s đầu là: \({S_{2,6}} = \frac{1}{2}.9,8.2,{6^2} = 33,124(m)\)

→ Quãng đường vật rơi được trong 0,5 s cuối là: 47,089 – 33,124 = 13,965 (m)

– Các công thức của sự rơi tự do: Gia tốc: \(a=g=\) hằng số Vận tốc tức thời: \(\text{v}_t=g.t\) Độ lớn của độ dịch chuyển = Quãng đường đi được: \(d=s=\dfrac{1}{2}.g.t^2=\dfrac{\text{v}_t^2}{2.g}\)