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【物理小故事】【第二期】自由落体运动
作者:院长:邢梓韬
指导:汪导师
编辑:所长:褚家言
特别鸣谢:牛顿、伽利略、阿脱伍德为我们做出研究
版权所有:求知科学院物理研究所
----------华丽的分界线----------
放暑假了,求知君和皮皮虾百无聊赖地呆在家里,“干啥呢?”求知君打起了算盘。“对了,阳台上有许多小石子,我要不扔几个玩吧!”“好呀!”他们高兴了起来,打开窗户。
扔石子
“嗖,”求知君抢先一步一颗小石子已经挂着风声飞出了了窗台,“啪”溅起了好大的水花。“看我多厉害!”求知君一脸得意。皮皮虾也不甘示弱。“啪”这响声更加的清脆了。紧接着,第三个,第四个,第五个。。。。。。正在兴奋之时,突然,一个熟悉的声音突然在耳边响起:“你们在干啥呢?”求知君与皮皮虾回头一瞧:老司机!他们刚想开口,老司机已经以迅雷不及掩耳之势抓住了他们的手,说道:“你们知道你们在干什么吗?这件事可大可小的,你们知道吗?再干这种危险的事,我就罚你们一个暑假的禁闭!”“我们又没干什么,为什么连玩都不让呢?”皮皮虾还要争辩,却不知不觉被老司机拖进了客厅。
夜深了,皮皮虾还在为白天的事吵嚷着,哭的稀里哗啦,求知君却冷静的坐在了书桌前,翻阅着资料,静静的思考着。“有了!”求知君灵光一现,“原来如此!”他激动地拿起笔,在草稿纸上开始了影的舞蹈。他的眼中闪露出诡异的光,宛若一条草鱼。。。。。。
第二天,皮皮虾从梦境中醒来,微睁开红肿的双眼时,已至晌午。求知君默默地坐在床前:“你想过昨天的事吗?”皮皮虾又开始抱怨:“老死机就知道以大欺小,连玩都不让,让我们如何是好!”“小弟莫要生气,请听我慢慢道来。”求知君用关爱智者的眼神凝视着又欲哭闹的皮皮虾,从写字台上拿起一本书,“先讲一讲重力加速度。我们伟大的科学家伽利略于1950年最早测定重力加速度。紧接着,1784年,阿脱伍德将质量同为Μ的重块用绳连接后,放在光滑的轻质滑车上,再在一个重块上附加一重量小得多的重块m。
阿脱伍德机
这时,重力拖动大质量物块,使其产生一微小加速度,测得a后,即可算出g。它的数值随海拔高度增大而减小。当物体距地面高度远远小于地球半径时,g变化不大。而离地面高度较大时,重力加速度g数值显著减小,此时不能认为g为常数。你看下表。
海拔 (km)
纬度(度)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
9.780
9.782
9.786
9.793
9.802
9.811
9.819
9.826
9.831
9.832
4
9.768
9.770
9.774
9.781
9.789
9.798
9.807
9.814
9.818
9.820
8
9.756
9.757
9.762
9.768
9.777
9.786
9.794
9.801
9.806
9.807
12
9.743
9.745
9.749
9.756
9.765
9.774
9.782
9.789
9.794
9.795
16
9.731
9.732
9.737
9.744
9.752
9.761
9.770
9.777
9.781
9.783
20
9.719
9.720
9.725
9.732
9.740
9.749
9.757
9.764
9.769
9.770
不同高度的重力加速度 (m/s2)
为了便于计算,其近似标准值通常取为10m/s2”皮皮虾停止了喧闹,开始认真地听课。求知君一见,精神为之一振,拿起一本高中物理书,“再引入今天的正题——自由落体。看看,我们的课本是怎么说的:自由落体指不受任何阻力,只在重力作用下而降落的物体,叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场。如不考虑大气阻力,在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动。其加速度恒等于重力加速度。”“所以昨天石块做的运动是自由落体运动吗?”“不错,正是如此,那你还记得加速度是什么吗?”皮皮虾摇头晃脑,侃侃而谈:“你不是最近刚教我嘛。加速度(Acceleration)是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值Δv/Δt,是描述物体速度变化快慢的物理量,通常用a表示,单位是m/s2。加速度是矢量,它的方向是物体速度变化(量)的方向,与合外力的方向相同。一般常用这个公式:
加速度公式
这就是加速度.’’“很好,果然没有白学。”求知君露出赞许的目光,“那我给你出道题:一物体从7楼处做自由落体运动,不计空气阻力,试求出他到底面时的速度,既定层高三米。”沉默了一段时间,皮皮虾惊呼:“将近3m/s!”“如果砸到人呢?’’皮皮虾终于幡然领悟……
求知君叹息地看着略有丝愧疚的皮皮虾,“事已至此,也不必难过。学了点知识,于你我亦是挺好的。’’皮皮虾却笑了,“大哥,还记得那天学习惯性的时候讲的动能公式吗?这问题能否用别的方法来推吗?”“什么?”这个问题,竟然把求知君给难住了。。。。。。
PS:如果你对这个问题有想法,可以在公众号留言,我们将认真的学习。
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