Toàn bộ lý thuyết hay nhất về sự rơi tự do và bài tập thực hành (Vật Lý 10 bài 4)

Sự rơi tự do là gì 

Sự rơi tồn tại và xuất hiện rất nhiều xung quanh chúng ta, đó có thể là hình ảnh của chiếc lá, hoa quả hay thả một vật từ trên cao xuống. Nhưng đó có được gọi là sự rơi tự do không? Cùng tìm hiểu qua những ví dụ dưới đây. 

Sự rơi của các vật trong không khí 

Để dễ dàng hình dung đặc điểm sự rơi của các vật trong không khí, ta thực hiện thí nghiệm sau:

Thực hiện thí nghiệm:

Ta thực hiện 4 thí nghiệm sau để xét xem trong không khí các vật có trọng lượng nặng hơn có rơi xuống nhanh hơn vật nhẹ hay không.

• Thí nghiệm 1: thả một viên sỏi nhỏ và một tờ giấy mỏng

• Thí nghiệm 2: tương tự như thí nghiệm 1, nhưng tờ giấy được vo tròn và nén chặt lại.

• Thí nghiệm 3: thả cùng lúc 2 tờ giấy có cùng kích thước, nhưng một tờ để phẳng, tờ còn lại được vo tròn lại

• Thí nghiệm 4: thả hòn sỏi nhỏ và 1 tấm bìa phẳng đặt nằm ngang (nặng hơn hòn sỏi) 

Kết quả thu được:

• Thí nghiệm 1: vật nặng (viên sỏi) rơi nhanh hơn vật nhẹ (tờ giấy)

• Thí nghiệm 2: hai vật nặng nhẹ khác nhau nhưng rơi nhanh như nhau

• Thí nghiệm 3: hai vật nặng như nhau, nhưng tốc độ rơi khác nhau

• Thí nghiệm 4: vật nhẹ (viên sỏi) rơi nhanh hơn vật nặng (tờ bìa phẳng)

Kết luận:

Trong không khí, không phải các vật sẽ có tốc độ rơi nhanh chậm khác nhau vì có khối lượng nặng nhẹ khác nhau, mà yếu tố quyết định đến sự rơi nhanh chậm của vật trong không khí là lực cản không khí và trọng lực tác dụng lên vật. 

Hiểu một cách đơn giản, các vật rơi trong không khí xảy ra nhanh hay chậm là do lực cản của không khí tác dụng vào chúng khác nhau.

=> Nếu các vật rơi mà không còn bị chịu ảnh hưởng của không khí thì sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do. 

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

Trong chân không, các vật sẽ không bị ảnh hưởng bởi không khí, mọi vật đều sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật ở trong trường hợp này được gọi là sự rơi tự do.

(Môi trường chân không là​​ không gian không chứa các vật chất, là nơi không có áp suất.)

Sự rơi tự do còn được hiểu là sự rơi chỉ bị tác dụng bởi trọng lực.

Đặc điểm của sự rơi tự do 

Nhận biết đâu là sự rơi tự do qua những đặc điểm cơ bản sau đây: 

Phương, chiều của chuyển động rơi tự do 

• Chuyển động rơi tự do có phương là phương thẳng đứng (phương của dây dọi).

• Chuyển động rơi tự do có chiều từ trên xuống dưới.

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

Những công thức tính liên quan đến sự rơi tự do 

Tính vận tốc, quãng đường của các vật chuyển động rơi tự do 

Công thức tính vận tốc của các vật có chuyển động rơi tự do:

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

Trong đó:

• v : vận tốc rơi tự do (m/s)

• g : gia tốc rơi tự do (m/s2)

• t : thời gian rơi (s)

Lưu ý: khi s = h độ cao từ vị trí thả vật đến mặt đất thì v chính là vận tốc của vật khi chạm đất.

Công thức tính quãng đường của các vật chuyển động rơi tự do:

Trong đó:

• S : quãng đường rơi tự do (m)

• v : vận tốc rơi tự do (m/s)

• g : gia tốc rơi tự do (m/s2)

• t : thời gian rơi (s)

Gia tốc rơi tự do 

Các vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc g tại một nơi nhất định ở trên Trái Đất và ở gần mặt đất.

Ở một số nơi khác nhau, gia tốc rơi tự do sẽ khác nhau:

• Ở địa cực g lớn nhất: g = 9,8324m/s^2.

• Ở xích đạo g nhỏ nhất: g = 9,7872m/s^2

• Nếu không bắt buộc độ chính xác cao, ta có thể lấy g = 9,8m/s^2 hoặc g = 10m/s^2.

Xem thêm: Chuyển động thẳng biến đổi đều là gì? Bao gồm các loại nào? (Vật lý 10)

Giải bài tập sự rơi tự do Vật lý 10 bài 4 

Bài 1: Thả rơi tự do một vật khối lượng 2kg từ độ cao 180m xuống mặt đất, Lấy g=10m/s^2.

a/ Tính quãng đường vật rơi được trong giây cuối cùng.

b/ Tính vận tốc của vật trước khi vật chạm đất 2 giây.

Bài 2: Quãng đường rơi được trong giây cuối cùng của vật rơi tự do là 63,7m. Tính độ cao thả vật, thời gian và vận tốc của vật khi chạm đất, lấy g=9,8 m/s^2.

Bài 3: Thả một vật rơi tự do ở độ cao 80m so với mặt đất. Lấy g=10m/s^2, một giây sau cũng tại nơi đó một vật khác được ném thẳng đứng hướng xuống với vận tốc vo. Hai vật chạm đất cùng lúc xác định vo.

Bài 4: Ở độ cao 300m so với mặt đất trên một khinh khí cầu người ta thả một vật rơi tự do. Tính thời gian vật chạm đất trong các trường hợp sau: (lấy g=9,8m/s^2)

a) Khí cầu đang đứng yên.

b) Khí cầu chuyển động thẳng đều đi lên với vận tốc 4,9m/s

c) Khí cầu chuyển động thẳng đều đi xuống với vận tốc 4,9m/s

Bài 5: Thả rơi tự do một vật từ độ cao 180m so với mặt đất, đồng thời ném một vật từ mặt đất lên với vận tốc 80m/s, lấy g=10m/s^2.

a/ Tìm độ cao so với mặt đất và thời gian hai vật gặp nhau.

b/ Sau bao lâu độ lớn vận tốc của hai vật bằng nhau.

Bài 6: Để xác định chiều sâu của một cái hang người ta thả hòn đá từ miệng hang sau đó tính thời gian nghe thấy tiếng hòn đá chạm đáy vọng lại. Coi chuyển động của hòn đá là chuyển động rơi tự do, thời gian từ lúc thả rơi đến khi nghe thấy tiếng hòn đá chạm vào đáy hang là 4s, lấy g=9,8m/s^2, tốc độ truyền âm trong không khí là 330m/s. Tính chiều sâu của hang.

Bài 7: Một giọt nước rơi từ mái nhà xuống sau những khoảng thời gian bằng nhau. Khi giọt nước thứ nhất rơi chạm đất thì giọt thứ năm bắt đầu rơi. Tìm khoảng cách giữa các giọt kế tiếp nhau biết rằng mái nhà cao 45m, lấy g=10m/s^2 

Bài 8: Một vật rơi tự do đi được 10m cuối cùng của quãng đường trong khoảng thời gian 0,25s. Lấy g=10m/s^2.

a/ Tính vận tốc của vật khi chạm đất.

b/ Tính độ cao vật bắt đầu rơi

c/ Nếu từ độ cao này người ta ném thẳng đứng một vật khác thì phải ném với vận tốc bằng bao nhiêu và phải theo hướng nào để vật rơi xuống tới mặt đất chậm hơn (và nhanh hơn ) vật rơi tự do khoảng thời gian 1s.

Bài 9: Thả một vật ở độ cao h so với mặt đất. Lấy g=10m/s^2. Tính độ cao thả vật và vận tốc của vật khi chạm đất nếu

a/ Trong giây cuối cùng vật rơi được 3/4h

b/ Trong 2 giây cuối cùng vật rơi được 3/4 quãng đường.

Bài 10: Chiều cao cửa sổ là 1,4m. Giọt mưa trước rời mái nhà rơi đến mép dưới cửa sổ thì giọt tiếp sau rơi tới mép trên cửa sổ, lúc này, vận tốc 2 giọt mưa hơn nhau 1m/s

a/ Tìm khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp giọt mưa rời mái nhà.

b/ Tìm chiều cao của mái nhà

Hướng dẫn giải:

Bài 7:

Thời gian giọt 1 rơi chạm đất:

Bài 8: 

a/ Gọi độ cao vật rơi tự do là h, t là thời gian vật chạm đất

Vận tốc của vật khi chạm đất: v=gt

Hy vọng thông qua bài viết tổng hợp các lý thuyết về sự rơi tự do này, em đã có thể hiểu và áp dụng vào giải các bài tập liên quan cũng như áp dụng chúng vào trong đời sống của mình. Cảm ơn các em đã đón đọc bài viết!