Ускорение свободного падения

Упоминание понятия ускорение свободного падения нередко сопровождается примерами и опытами из школьных учебников, в рамках которых различные по весу предметы (в частности, перо и монета) были сброшены с одинаковой высоты. Кажется абсолютно очевидным, что предметы упадут на землю через разные промежутки времени (перо так вообще может не упасть). Стало быть, свободное падение тел не подчиняется лишь одному конкретному правилу. Однако это кажется само собой разумеющимся лишь сейчас, некоторое время назад требовалось проведение опытов для того, чтобы это подтвердить. Исследователи разумно предположили, что на падение тел действует некая сила, которая влияет на их движение и, как следствие, скорость вертикального передвижения. Далее последовали не менее знаменитые опыты со стеклянными трубками с находящимися внутри монетой и пером (для чистоты эксперимента). Из трубок был выкачан воздух, после чего они было герметично закупорены. Каково же было удивление исследователей, когда и перо, и монета, несмотря на очевидно различный вес, падают с одинаковой скоростью.

Такой опыт послужил основой не только для создания самого понятия ускорение свободного падения (УСП), но и для предположения о том, что свободное падение (то есть падение тела, на которое не действуют никакие противодействующие силы) возможно только в вакууме. В воздухе же, который является источником сопротивления, все тела движутся с ускорением.

Так появилось понятие ускорение свободного падения, получившее следующее определение:

• падение тел из состояния покоя под воздействием силы притяжения Земли.

Этому понятию была присвоена буква греческого алфавита g (жэ).

На основе таких опытов стало ясно, что УСП совершенно точно характерно для Земли, поскольку известно, что на нашей планете есть сила, которая притягивает к своей поверхности все тела. Возник, однако, другой вопрос: как измерить эту величину и чему она равняется.

Решение первого вопроса нашлось довольно быстро: ученые при помощи специальной фотосъемки зафиксировали положение тела во время падения в безвоздушном пространстве в разные отрезки времени. Выяснилась любопытная вещь: все тела в данном месте Земли падают с одинаковым ускорением, которое, тем не менее, несколько разнится в зависимости от конкретного места на планете. При этом высота, с которой тела начали свое движение, не имеет никакого значения: это могут быть 10, 100 или 200 метров.

Удалось выяснить: ускорение свободного падения на Земле равняется приблизительно 9.8 Н/кг. По факту же эта величина может находиться в промежутке от 9.78 Н/кг до 9.83 Н/кг. Такая разница (пусть и небольшая в глазах обывателя) объясняется как формой Земли (которая не совсем шарообразная, а приплюснутая у полюсов), так и суточным вращением Земли вокруг Солнца. Как правило, для подсчетов берется средняя величина - 9,8 Н/кг, при больших числах - округляется до 10 Н/кг.

g=9,8 Н/кг

На фоне полученных данных видно, что ускорение свободного падения на других планетах отличается от оного на Земле. Ученые пришли к выводу, что выразить его можно следующей формулой:

g= G х M планеты/(R планеты)(2)

Говоря простыми словами: G (гравитационная постоянная (6,67 • 10(-11) м2/с2 ∙ кг)) нужно умножить на M - массу планеты-, разделить на R - радиус планеты в квадрате. Например, найдем ускорение свободного падения на Луне. Зная, что ее масса равняется 7,3477·-10(22) кг, а радиус - 1737,10 км, находим, что УСП=1,62 Н/кг. Как видно, ускорения на двух планетов разительно отличаются друг от друга. В частности, на Земле оно практически в 6 раз больше! Проще говоря, Луна притягивает предметы, находящиеся на ее поверхности, с силой, меньшей в 6 раз, чем Земля. Именно поэтому космонавты на Луне, которых мы видим по телевидению, словно становятся легче. Фактически, они теряют вес (не массу!). Результатом становятся забавные эффекты вроде прыжков на несколько метров, чувство полета и длинные шаги.