Bài 10. Sự rơi tự do

1. Sự rơi trong không khí

• Trong không khí, vật chịu trọng lực và lực cản; hình dạng, diện tích cản và khối lượng làm thời gian rơi khác nhau.

2. Sự rơi tự do

2.1. Khái niệm

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

• Trong chân không, các vật tại cùng một nơi rơi với cùng gia tốc, không phụ thuộc khối lượng.

2.2. Phương và chiều

• Gần mặt đất, rơi tự do có phương thẳng đứng và chiều từ trên xuống.

2.3. Gia tốc rơi tự do

• Gia tốc rơi tự do kí hiệu g; gần mặt đất $\text{g ≈ 9,8 m/s²},$ thường lấy $\mathrm{9,8}$ hoặc $\text{10 m/s²}$ theo đề.

3. Công thức rơi tự do từ trạng thái nghỉ

• Chọn chiều dương hướng xuống, g dương, vận tốc ban đầu bằng $0$.

• Vận tốc của vật sau thời gian $t$:

$$\text{v = gt}$$

• Quãng đường rời được sau thời gian $t$:

$$\mathrm{s=}\text{d =}\frac{1}{2}\mathrm{gt²}$$

• Liên hệ giữa vận tốc và quãng đường đi được:

$$\text{v² = 2g}s$$

4. Vật thả rơi từ độ cao h

• Thời gian rơi của vật từ khi thả tới khi chạm đất:

$$\text{t =}\sqrt{\frac{\mathrm{2h}}{g}}$$

• Vận tốc của vật ngay trước khi chạm đất:

$$v_{\text{chạm}}=\sqrt{\mathrm{2gh}}$$

5. Điều kiện áp dụng

• Các công thức chính xác khi bỏ qua sức cản không khí và g được coi không đổi trong phạm vi chuyển động.

II. GIÚP HIỂU SÂU

Vật nặng không luôn rơi nhanh hơn

Trong không khí, khác biệt chủ yếu do lực cản so với trọng lượng; trong chân không mọi vật rơi như nhau tại cùng nơi.

Rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều

Với chiều dương hướng xuống, gia tốc g không đổi và cùng chiều vận tốc.

Quãng đường trong các khoảng thời gian bằng nhau tăng dần

Vì d tỉ lệ $\mathrm{t²,}$ vật đi xa hơn trong mỗi giây sau.

g phụ thuộc vị trí

Giá trị g thay đổi theo độ cao và vĩ độ, nhưng trong bài toán gần mặt đất thường coi không đổi.

Cần phân biệt thả rơi với ném xuống

Thả rơi có $v_0\text{= 0}$; ném xuống có $v_0$ khác $0$ và dùng công thức biến đổi đều tổng quát.

III. LƯU Ý CHO HỌC SINH

- Xác định đề cho $\text{g = 9,8}$ hay $\text{10 m/s².}$

- Không dùng công thức thả rơi cho vật có vận tốc đầu khác $\mathrm{0.}$

- Chọn chiều dương nhất quán.

- Chỉ bỏ qua lực cản khi đề cho phép hoặc vật đặc, quãng rơi không quá lớn.