स्वतंत्र रूप से गिरते हुए पिंड की गति। गिरावट की दर की गणना कैसे करें

किसी पिंड का मुक्त रूप से गिरना उसकी समान रूप से परिवर्तनशील गति है, जो गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में होती है। इस समय, शरीर पर कार्य करने वाली अन्य ताकतें या तो अनुपस्थित हैं या इतनी छोटी हैं कि उनके प्रभाव पर ध्यान नहीं दिया जाता है। उदाहरण के लिए, जब एक स्काइडाइवर हवाई जहाज से कूदता है, तो कूदने के बाद पहले कुछ सेकंड में वह स्वतंत्र अवस्था में गिर जाता है। समय की यह छोटी अवधि भारहीनता की भावना की विशेषता है, जो एक अंतरिक्ष यान पर अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा अनुभव की गई है।

घटना की खोज का इतिहास

वैज्ञानिकों को मध्य युग में शरीर के मुक्त रूप से गिरने के बारे में पता चला: सैक्सोनी के अल्बर्ट और निकोलाई ओरेम ने इस घटना का अध्ययन किया, लेकिन उनके कुछ निष्कर्ष गलत थे। उदाहरण के लिए, उन्होंने तर्क दिया कि किसी भारी वस्तु के गिरने की गति तय की गई दूरी के सीधे अनुपात में बढ़ जाती है। 1545 में, इस गलती को स्पेनिश वैज्ञानिक डी. सोटो ने सुधारा, जिन्होंने इस तथ्य को स्थापित किया कि किसी गिरते हुए पिंड की गति इस वस्तु के गिरने की शुरुआत से गुजरने वाले समय के अनुपात में बढ़ जाती है।

1590 में, इतालवी भौतिक विज्ञानी गैलीलियो गैलीलीएक कानून तैयार किया जो समय पर गिरती वस्तु द्वारा तय किए गए पथ की स्पष्ट निर्भरता स्थापित करता है। वैज्ञानिकों ने यह भी सिद्ध किया कि वायु प्रतिरोध के अभाव में पृथ्वी पर सभी वस्तुएँ समान त्वरण से गिरती हैं, हालाँकि इसकी खोज से पहले यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता था कि भारी वस्तुएँ तेजी से गिरती हैं।

एक नये मूल्य की खोज हुई - गुरुत्वाकर्षण का त्वरण, जिसमें दो घटक होते हैं: गुरुत्वाकर्षण और केन्द्रापसारक त्वरण। गुरुत्वाकर्षण त्वरण को अक्षर g द्वारा निरूपित किया जाता है और ग्लोब पर विभिन्न बिंदुओं के लिए इसका अलग-अलग मान होता है: 9.78 m/s 2 (भूमध्य रेखा के लिए संकेतक) से 9.83 m/s 2 (ध्रुवों पर त्वरण मान) तक। संकेतकों की सटीकता देशांतर, अक्षांश, दिन के समय और कुछ अन्य कारकों से प्रभावित होती है।

g का मानक मान 9.80665 m/s 2 के बराबर माना जाता है। भौतिक गणनाओं में जिन्हें उच्च सटीकता की आवश्यकता नहीं होती है, त्वरण मान 9.81 m/s 2 लिया जाता है। गणना की सुविधा के लिए, g का मान 10 m/s 2 के बराबर लेने की अनुमति है।

यह प्रदर्शित करने के लिए कि कोई वस्तु गैलीलियो की खोज के अनुरूप कैसे गिरती है, वैज्ञानिक इस तरह के प्रयोग की व्यवस्था करते हैं: विभिन्न द्रव्यमान वाली वस्तुओं को एक लंबी कांच की ट्यूब में रखा जाता है, हवा को ट्यूब से बाहर निकाला जाता है। उसके बाद, ट्यूब को पलट दिया जाता है, गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत सभी वस्तुएँ अपने द्रव्यमान की परवाह किए बिना, ट्यूब के नीचे एक साथ गिरती हैं।

जब समान वस्तुओं को किसी माध्यम में रखा जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण बल के साथ-साथ प्रतिरोध बल भी उन पर कार्य करता है, इसलिए वस्तुएं, उनके द्रव्यमान, आकार और घनत्व के आधार पर, अलग-अलग समय पर गिरेंगी।

गणना के लिए सूत्र

ऐसे सूत्र हैं जिनका उपयोग मुक्त गिरावट से संबंधित विभिन्न संकेतकों की गणना के लिए किया जा सकता है। वे ऐसा प्रयोग करते हैं सम्मेलन:

यू वह अंतिम गति है जिसके साथ जांच किया गया शरीर चलता है, एम/एस;
एच वह ऊंचाई है जहां से जांच किया गया शरीर चलता है, मी;
टी - जांच किए गए शरीर की गति का समय, एस;
जी - त्वरण (स्थिर मान 9.8 मी/से 2 के बराबर)।

किसी गिरती हुई वस्तु द्वारा ज्ञात अंतिम गति और गिरने के समय पर तय की गई दूरी निर्धारित करने का सूत्र: h = ut /2।

स्थिर मान g और समय से गिरती हुई वस्तु द्वारा तय की गई दूरी की गणना करने का सूत्र: h = gt 2 /2।

ज्ञात गिरावट समय के साथ गिरावट के अंत में गिरने वाली वस्तु की गति निर्धारित करने का सूत्र: u = gt।

गिरने के अंत में किसी वस्तु की गति की गणना करने का सूत्र, यदि अध्ययन के तहत वस्तु जिस ऊंचाई से गिरती है वह ज्ञात है: u = √2 gh।

यदि आप वैज्ञानिक ज्ञान में गहराई से नहीं जाते हैं, तो मुक्त गति की रोजमर्रा की परिभाषा का तात्पर्य पृथ्वी के वायुमंडल में किसी पिंड की गति से है, जब यह आसपास की हवा और गुरुत्वाकर्षण के प्रतिरोध को छोड़कर, किसी भी बाहरी कारक से प्रभावित नहीं होता है।

विभिन्न समयों पर, स्वयंसेवक व्यक्तिगत रिकॉर्ड स्थापित करने की कोशिश में एक-दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं। 1962 में, यूएसएसआर के एक परीक्षण स्काइडाइवर, एवगेनी एंड्रीव ने एक रिकॉर्ड बनाया जो गिनीज बुक ऑफ रिकॉर्ड्स में दर्ज किया गया था: फ्री फ़ॉल में स्काइडाइविंग करते समय, उन्होंने 24,500 मीटर की दूरी तय की, कूद के दौरान, ब्रेकिंग पैराशूट का उपयोग नहीं किया गया था।

1960 में, अमेरिकी डी. किटिंगर ने 31 हजार मीटर की ऊंचाई से पैराशूट छलांग लगाई, लेकिन पैराशूट-ब्रेक इंस्टॉलेशन का उपयोग करके।

2005 में, फ्री फ़ॉल में एक रिकॉर्ड गति दर्ज की गई - 553 किमी / घंटा, और सात साल बाद एक नया रिकॉर्ड स्थापित किया गया - यह गति बढ़कर 1342 किमी / घंटा हो गई। यह रिकॉर्ड ऑस्ट्रियाई स्काईडाइवर फेलिक्स बॉमगार्टनर के नाम है, जो अपने खतरनाक स्टंट के लिए दुनिया भर में जाने जाते हैं।

वीडियो

एक दिलचस्प और जानकारीपूर्ण वीडियो देखें जो आपको गिरते पिंडों की गति के बारे में बताएगा।

मुक्त पतन केवल पृथ्वी के आकर्षण के प्रभाव में (गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में) पिंडों की गति है

पृथ्वी की परिस्थितियों में पिंडों का गिरना सशर्त रूप से मुक्त माना जाता है, क्योंकि जब कोई पिंड हवा में गिरता है, तो हमेशा एक वायु प्रतिरोध बल होता है।

आदर्श मुक्त गिरावट केवल निर्वात में ही संभव है, जहां कोई वायु प्रतिरोध बल नहीं है, और द्रव्यमान, घनत्व और आकार की परवाह किए बिना, सभी पिंड समान रूप से तेजी से गिरते हैं, अर्थात समय के किसी भी क्षण में, पिंडों की तात्कालिक वेग और त्वरण समान होते हैं।

न्यूटन ट्यूब में पिंडों के आदर्श मुक्त पतन का निरीक्षण करना संभव है यदि इसमें से एक पंप के साथ हवा को बाहर निकाला जाए।

आगे तर्क करने और समस्याओं को हल करने में, हम हवा के विरुद्ध घर्षण बल की उपेक्षा करते हैं और स्थलीय परिस्थितियों में पिंडों के गिरने को आदर्श रूप से मुक्त मानते हैं।

गुरुत्वाकर्षण का त्वरण

मुक्त गिरावट में, पृथ्वी की सतह के पास के सभी पिंड, उनके द्रव्यमान की परवाह किए बिना, समान त्वरण प्राप्त करते हैं, जिसे मुक्त गिरावट का त्वरण कहा जाता है।
मुक्त गिरावट त्वरण का प्रतीक g है।

पृथ्वी पर मुक्त गिरावट त्वरण लगभग बराबर है:
जी = 9.81m/s2.

मुक्त गिरावट त्वरण हमेशा पृथ्वी के केंद्र की ओर निर्देशित होता है।

पृथ्वी की सतह के निकट, गुरुत्वाकर्षण बल का परिमाण स्थिर माना जाता है, इसलिए, किसी पिंड का मुक्त रूप से गिरना एक स्थिर बल की क्रिया के तहत किसी पिंड की गति है। इसलिए, मुक्त गिरावट समान रूप से त्वरित गति है।

गुरुत्वाकर्षण का वेक्टर और इसके द्वारा निर्मित मुक्त गिरावट का त्वरण हमेशा एक ही तरह से निर्देशित होता है।

समान रूप से त्वरित गति के सभी सूत्र पिंडों के मुक्त रूप से गिरने पर लागू होते हैं।

किसी भी समय किसी पिंड की मुक्त रूप से गिरने की गति का मान:

शरीर की हरकत:

इस मामले में, तेजी लाने के बजाय ए,समान रूप से त्वरित गति के लिए मुक्त गिरावट त्वरण को सूत्रों में पेश किया गया है जी=9.8 मी/से2.

आदर्श गिरावट की स्थिति में, समान ऊंचाई से गिरने वाले पिंड पृथ्वी की सतह पर पहुंचते हैं, उनकी गति समान होती है और गिरने में समान समय खर्च होता है।

आदर्श मुक्त गिरावट में, शरीर प्रारंभिक वेग मापांक के बराबर गति के साथ पृथ्वी पर लौटता है।

पिंड के गिरने का समय फेंकने के क्षण से लेकर उड़ान के उच्चतम बिंदु पर पूर्ण विराम तक ऊपर की ओर बढ़ने के समय के बराबर होता है।

केवल पृथ्वी के ध्रुवों पर ही पिंड सख्ती से लंबवत गिरते हैं। ग्रह के अन्य सभी बिंदुओं पर, घूर्णन प्रणालियों में उत्पन्न होने वाले कैरिओलिस बल के कारण स्वतंत्र रूप से गिरने वाले शरीर का प्रक्षेपवक्र पूर्व की ओर भटक जाता है (अर्थात, अपनी धुरी के चारों ओर पृथ्वी के घूमने का प्रभाव प्रभावित होता है)।

क्या आप जानते हैं

वास्तविक परिस्थितियों में शरीरों का पतन क्या है?

यदि किसी बंदूक को लंबवत ऊपर की ओर फायर किया जाता है, तो, हवा के खिलाफ घर्षण बल को ध्यान में रखते हुए, किसी भी ऊंचाई से स्वतंत्र रूप से गिरने वाली गोली जमीन के पास 40 मीटर / सेकंड से अधिक की गति प्राप्त नहीं करेगी।

वास्तविक परिस्थितियों में, हवा पर घर्षण बल की उपस्थिति के कारण, शरीर की यांत्रिक ऊर्जा आंशिक रूप से तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। परिणामस्वरूप, वायुहीन स्थान में चलते समय शरीर की अधिकतम उठाने की ऊँचाई उससे कम हो जाती है, और वंश के दौरान प्रक्षेपवक्र के किसी भी बिंदु पर, गति चढ़ाई की गति से कम हो जाती है।

घर्षण की उपस्थिति में, गिरते हुए पिंडों का त्वरण केवल गति के प्रारंभिक क्षण में g के बराबर होता है। जैसे-जैसे गति बढ़ती है, त्वरण कम हो जाता है, शरीर की गति एक समान हो जाती है।

यह अपने आप करो

गिरते हुए पिंड वास्तविक परिस्थितियों में कैसा व्यवहार करते हैं?

प्लास्टिक, मोटे कार्डबोर्ड या प्लाईवुड से बनी एक छोटी डिस्क लें। सादे कागज से समान व्यास की एक डिस्क काट लें। उन्हें अलग-अलग हाथों से पकड़कर एक ही ऊंचाई तक उठाएं और एक ही समय में छोड़ें। एक भारी डिस्क हल्की डिस्क की तुलना में तेजी से गिरेगी। गिरते समय, प्रत्येक डिस्क पर दो बल एक साथ कार्य करते हैं: गुरुत्वाकर्षण बल और वायु प्रतिरोध बल। गिरावट की शुरुआत में, बड़े द्रव्यमान वाले पिंड के लिए गुरुत्वाकर्षण का परिणामी बल और वायु प्रतिरोध का बल अधिक होगा, और भारी पिंड का त्वरण अधिक होगा। जैसे-जैसे पिंड की गति बढ़ती है, वायु प्रतिरोध बल बढ़ता है और धीरे-धीरे गुरुत्वाकर्षण बल के साथ परिमाण में तुलना करने लगता है, गिरने वाले पिंड समान रूप से चलना शुरू कर देते हैं, लेकिन अलग-अलग गति से (एक भारी पिंड की गति अधिक होती है)।
गिरती हुई डिस्क की गति के समान, कोई हवाई जहाज से बड़ी ऊंचाई से कूदते समय नीचे गिरने वाले पैराशूटिस्ट की गति पर विचार कर सकता है।

एक भारी प्लास्टिक या प्लाईवुड डिस्क के ऊपर एक हल्के कागज़ की डिस्क रखें, उन्हें ऊपर उठाएं और एक ही समय में छोड़ दें। इस मामले में, वे एक ही समय में गिर जाएंगे। यहां, वायु प्रतिरोध केवल भारी निचली डिस्क पर कार्य करता है, और गुरुत्वाकर्षण पिंडों को उनके द्रव्यमान की परवाह किए बिना समान त्वरण प्रदान करता है।

लगभग एक मजाक

18वीं शताब्दी में रहने वाले पेरिस के भौतिक विज्ञानी लेनोरमैंड ने साधारण बारिश वाली छतरियां लीं, तीलियों के सिरे ठीक किए और घर की छत से छलांग लगा दी। फिर, अपनी सफलता से प्रोत्साहित होकर, उन्होंने एक विकर सीट वाली एक विशेष छतरी बनाई और मोंटपेलियर में टॉवर से नीचे उतर गए। नीचे वह उत्साही दर्शकों से घिरा हुआ था। आपके छाते का नाम क्या है? पैराशूट! - लेनोरमैंड ने उत्तर दिया (फ्रेंच से इस शब्द का शाब्दिक अनुवाद "पतन के विरुद्ध" है)।

दिलचस्प

यदि पृथ्वी को खोदकर उसमें एक पत्थर फेंक दिया जाए, तो पत्थर का क्या होगा?
पत्थर गिरेगा, रास्ते के बीच में अधिकतम गति प्राप्त करेगा, फिर यह जड़ता से उड़ जाएगा और पृथ्वी के विपरीत दिशा में पहुंच जाएगा, और इसकी अंतिम गति प्रारंभिक गति के बराबर होगी। पृथ्वी के अंदर मुक्त गिरावट त्वरण पृथ्वी के केंद्र की दूरी के समानुपाती होता है। हुक के नियम के अनुसार, पत्थर स्प्रिंग पर रखे भार की तरह हिलेगा। यदि पत्थर की प्रारंभिक गति शून्य है, तो शाफ्ट में पत्थर के दोलन की अवधि पृथ्वी की सतह के पास उपग्रह की क्रांति की अवधि के बराबर होती है, भले ही सीधा शाफ्ट कैसे खोदा गया हो: पृथ्वी के केंद्र के माध्यम से या किसी भी तार के साथ।

उन्होंने दो कांच की ट्यूबें लीं, जिन्हें न्यूटन ट्यूब कहा जाता था, और उनमें से हवा निकाली (चित्र 1)। फिर उन्होंने इन ट्यूबों में एक भारी गेंद और एक हल्के पंख के गिरने का समय मापा। यह पता चला कि वे एक ही समय में गिरते हैं।

हम देखते हैं कि यदि हम वायु प्रतिरोध को हटा दें, तो पंख या गेंद को गिरने से कोई नहीं रोक पाएगा - वे स्वतंत्र रूप से गिरेंगे। यह वह संपत्ति है जिसने मुक्त गिरावट की परिभाषा का आधार बनाया।

अन्य बलों की कार्रवाई की अनुपस्थिति में, केवल गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में किसी पिंड की मुक्त गिरावट मुक्त गिरावट है।

फ्री फ़ॉल क्या है? यदि आप किसी वस्तु को उठाते हैं और छोड़ देते हैं, तो वस्तु की गति बदल जाएगी, जिसका अर्थ है कि गति तेज हो जाती है, यहां तक कि समान रूप से भी तेज हो जाती है।

गैलीलियो गैलीली ने पहली बार घोषणा की और साबित किया कि पिंडों का मुक्त पतन समान रूप से त्वरित है। उन्होंने उस त्वरण को मापा जिसके साथ ऐसे पिंड चलते हैं, इसे मुक्त गिरावट का त्वरण कहा जाता है, और यह लगभग 9.8 m/s 2 है।

इस प्रकार, मुक्त गिरावट समान रूप से त्वरित गति का एक विशेष मामला है। इसलिए, इस आंदोलन के लिए, प्राप्त किए गए सभी समीकरण मान्य हैं:

वेग प्रक्षेपण के लिए: V x \u003d V 0x + a x t

गति के प्रक्षेपण के लिए: S x = V 0x t + a x t 2/2

किसी भी समय शरीर की स्थिति का निर्धारण: x(t) = x 0 + V 0x t + a x t 2 /2

x का अर्थ है कि हमारे पास x-अक्ष के अनुदिश एक सीधीरेखीय गति है, जिसे हम परंपरागत रूप से क्षैतिज रूप से चुनते हैं।

यदि शरीर लंबवत चलता है, तो यह y-अक्ष को नामित करने के लिए प्रथागत है और हमें मिलेगा (चित्र 2):

चावल। 2. शरीर की ऊर्ध्वाधर गति ()

समीकरण निम्नलिखित बिल्कुल समान रूप लेते हैं, जहां जी मुक्त गिरावट त्वरण है, एच ऊंचाई में विस्थापन है। ये तीन समीकरण बताते हैं कि मुक्त गिरावट के मामले में यांत्रिकी की मुख्य समस्या को कैसे हल किया जाए।

शरीर को प्रारंभिक वेग V 0 (चित्र 3) के साथ लंबवत ऊपर की ओर फेंका जाता है। वह ऊँचाई ज्ञात कीजिए जहाँ तक शरीर को फेंका गया है। हम इस पिंड की गति का समीकरण लिखते हैं:

चावल। 3. कार्य उदाहरण ()

सरलतम समीकरणों को जानने से हमें वह ऊँचाई ज्ञात करने में मदद मिली जिस तक हम शरीर को फेंक सकते हैं।

मुक्त गिरावट के त्वरण का परिमाण क्षेत्र के भौगोलिक अक्षांश पर निर्भर करता है, ध्रुवों पर यह अधिकतम और भूमध्य रेखा पर न्यूनतम होता है। इसके अलावा, मुक्त गिरावट का त्वरण उस स्थान के नीचे पृथ्वी की पपड़ी की संरचना पर निर्भर करता है जहां हम हैं। यदि भारी खनिजों के भण्डार हों तो g का मान थोड़ा अधिक होगा, यदि रिक्त स्थान हों तो थोड़ा कम होगा। इस विधि का उपयोग भूवैज्ञानिकों द्वारा भारी अयस्कों या गैसों, तेल के भंडार को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, इसे ग्रेविमेट्री कहा जाता है।

यदि हम पृथ्वी की सतह पर गिरने वाले किसी पिंड की गति का सटीक वर्णन करना चाहते हैं, तो हमें यह याद रखना चाहिए कि वायु प्रतिरोध अभी भी मौजूद है।

18वीं शताब्दी में पेरिस के भौतिक विज्ञानी लेनोरमैंड ने एक साधारण छतरी पर तीलियों के सिरे को ठीक करके घर की छत से छलांग लगा दी। अपनी सफलता से उत्साहित होकर, उन्होंने एक विशेष सीट वाली छतरी बनाई और मॉन्टेलियर शहर में एक टावर से छलांग लगा दी। उन्होंने अपने आविष्कार को पैराशूट कहा, जिसका फ्रेंच में अर्थ है "गिरने के विरुद्ध।"

गैलीलियो गैलीली ने सबसे पहले यह दर्शाया था कि किसी पिंड के पृथ्वी पर गिरने का समय उसके द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि पृथ्वी की विशेषताओं से ही निर्धारित होता है। उदाहरण के तौर पर, उन्होंने एक समयावधि में एक निश्चित द्रव्यमान वाले पिंड के गिरने के बारे में एक तर्क का हवाला दिया। जब इस पिंड को दो समान हिस्सों में विभाजित किया जाता है, तो वे गिरना शुरू कर देते हैं, लेकिन यदि पिंड के गिरने की गति और गिरने का समय द्रव्यमान पर निर्भर करता है, तो उन्हें अधिक धीरे-धीरे गिरना चाहिए, लेकिन कैसे? आख़िरकार, उनका कुल द्रव्यमान नहीं बदला है। क्यों? शायद एक आधा दूसरे आधे को गिरने से रोकता है? हम एक विरोधाभास पर पहुंचते हैं, जिसका अर्थ है कि यह धारणा कि गिरावट की दर शरीर के द्रव्यमान पर निर्भर करती है, अनुचित है।

इसलिए, हम मुक्त गिरावट की सही परिभाषा पर आते हैं।

मुक्त पतन केवल गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में किसी पिंड की गति है। शरीर पर कोई अन्य बल कार्य नहीं करता।

हम 9.8 मी/से 2 के गुरुत्वाकर्षण त्वरण मान का उपयोग करने के आदी हैं, यह हमारे शरीर विज्ञान के लिए सबसे सुविधाजनक मान है। हम जानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण त्वरण भौगोलिक स्थिति के अनुसार अलग-अलग होगा, लेकिन ये परिवर्तन नगण्य हैं। अन्य खगोलीय पिंडों पर मुक्त गिरावट त्वरण के मान क्या हैं? कैसे अनुमान लगाया जाए कि वहां किसी व्यक्ति का आरामदायक अस्तित्व संभव है या नहीं? मुक्त गिरावट सूत्र को याद करें (चित्र 4):

चावल। 4. ग्रहों पर मुक्त गिरावट के त्वरण की तालिका ()

आकाशीय पिंड जितना अधिक विशाल होगा, उस पर मुक्त रूप से गिरने का त्वरण उतना ही अधिक होगा, उस पर मानव शरीर का होना उतना ही असंभव होगा। विभिन्न खगोलीय पिंडों पर मुक्त गिरावट के त्वरण को जानकर, हम इन खगोलीय पिंडों का औसत घनत्व निर्धारित कर सकते हैं, और औसत घनत्व को जानकर, हम अनुमान लगा सकते हैं कि इन पिंडों में क्या शामिल है, अर्थात उनकी संरचना निर्धारित करें।

हम इस तथ्य के बारे में बात कर रहे हैं कि पृथ्वी पर विभिन्न बिंदुओं पर मुक्त गिरावट के त्वरण का मापन भूवैज्ञानिक अन्वेषण का सबसे शक्तिशाली तरीका है। इस प्रकार, छेद खोदे बिना, कुओं, खदानों में धावा बोले बिना, पृथ्वी की पपड़ी की मोटाई में खनिजों की उपस्थिति का निर्धारण करना संभव है। पहला तरीका भूवैज्ञानिक वसंत संतुलन की मदद से मुक्त गिरावट के त्वरण को मापना है, उनमें एक ग्राम के दस लाखवें हिस्से तक अभूतपूर्व संवेदनशीलता होती है (चित्र 5)।

दूसरा तरीका एक बहुत ही सटीक गणितीय पेंडुलम की मदद से है, क्योंकि, पेंडुलम के दोलन की अवधि को जानकर, आप मुक्त गिरावट के त्वरण की गणना कर सकते हैं: अवधि जितनी छोटी होगी, मुक्त गिरावट का त्वरण उतना ही अधिक होगा। इसका मतलब यह है कि एक बहुत ही सटीक पेंडुलम के साथ पृथ्वी पर विभिन्न बिंदुओं पर मुक्त गिरावट के त्वरण को मापकर, आप देख सकते हैं कि यह बड़ा हो गया है या छोटा।

मुक्त गिरावट के त्वरण के परिमाण का मानक क्या है? ग्लोब एक पूर्ण गोला नहीं है, बल्कि एक जियोइड है, अर्थात यह ध्रुवों पर थोड़ा चपटा है। इसका मतलब यह है कि ध्रुवों पर मुक्त गिरावट के त्वरण का मान भूमध्य रेखा की तुलना में अधिक होगा, भूमध्य रेखा पर यह न्यूनतम है, लेकिन समान भौगोलिक अक्षांश पर यह समान होना चाहिए। इसका मतलब यह है कि एक ही अक्षांश के भीतर विभिन्न बिंदुओं पर मुक्त गिरावट के त्वरण को मापकर, हम इसके परिवर्तन से कुछ जीवाश्मों की उपस्थिति का अनुमान लगा सकते हैं। इस विधि को ग्रेविमेट्रिक अन्वेषण कहा जाता है, जिसकी बदौलत कजाकिस्तान और पश्चिमी साइबेरिया में तेल भंडार की खोज की गई।

खनिजों की उपस्थिति, भारी पदार्थों के जमाव या रिक्त स्थान न केवल मुक्त गिरावट के त्वरण के परिमाण को प्रभावित कर सकते हैं, बल्कि इसकी दिशा को भी प्रभावित कर सकते हैं। यदि हम किसी बड़े पर्वत के निकट गुरुत्वाकर्षण त्वरण को मापें, तो यह विशाल पिंड गुरुत्वाकर्षण त्वरण की दिशा को प्रभावित करेगा, क्योंकि यह एक गणितीय पेंडुलम को भी आकर्षित करेगा, जिसके द्वारा हम गुरुत्वाकर्षण त्वरण को मापते हैं।

ग्रन्थसूची

तिखोमीरोवा एस.ए., यावोर्स्की बी.एम. भौतिकी (बुनियादी स्तर) - एम.: मेमनोज़िना, 2012।
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किकोइन आई.के., किकोइन ए.के. भौतिकी - 9, मॉस्को, शिक्षा, 1990।

गृहकार्य

मुक्त पतन किस प्रकार की गति है?
मुक्त पतन की विशेषताएं क्या हैं?
कौन सा अनुभव दर्शाता है कि पृथ्वी पर सभी पिंड एक ही त्वरण से गिरते हैं?

इंटरनेट पोर्टल Class-fizika.naroad.ru ()।
इंटरनेट पोर्टल Nado5.ru ()।
इंटरनेट पोर्टल Fizika.in ()।

शास्त्रीय यांत्रिकी में, किसी वस्तु की वह अवस्था जो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से घूमती है, कहलाती है निर्बाध गिरावट. यदि कोई वस्तु वायुमंडल में गिरती है, तो उस पर एक अतिरिक्त खींचें बल कार्य करता है और इसकी गति न केवल गुरुत्वाकर्षण त्वरण पर निर्भर करती है, बल्कि इसके द्रव्यमान, क्रॉस सेक्शन और अन्य कारकों पर भी निर्भर करती है। हालाँकि, निर्वात में गिरने वाले पिंड पर केवल एक ही बल कार्य करता है, अर्थात् गुरुत्वाकर्षण।

मुक्त गिरावट के उदाहरण पृथ्वी की कक्षा में अंतरिक्ष यान और उपग्रह हैं, क्योंकि वे एकमात्र बल - गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित होते हैं। सूर्य की परिक्रमा करने वाले ग्रह भी मुक्त गिरावट में हैं। कम गति से जमीन पर गिरने वाली वस्तुओं को भी मुक्त रूप से गिरने वाला माना जा सकता है, क्योंकि इस मामले में वायु प्रतिरोध नगण्य है और इसे उपेक्षित किया जा सकता है। यदि वस्तुओं पर कार्य करने वाला एकमात्र बल गुरुत्वाकर्षण है, और कोई वायु प्रतिरोध नहीं है, तो त्वरण सभी वस्तुओं के लिए समान है और पृथ्वी की सतह पर मुक्त गिरावट के त्वरण 9.8 मीटर प्रति सेकंड प्रति सेकंड (m/s²) या 32.2 फीट प्रति सेकंड प्रति सेकंड (ft/s²) के बराबर है। अन्य खगोलीय पिंडों की सतह पर, मुक्त गिरावट त्वरण अलग होगा।

बेशक, स्काईडाइवर्स कहते हैं कि पैराशूट खोलने से पहले वे फ्री फ़ॉल में हैं, लेकिन वास्तव में, एक स्काईडाइवर कभी भी फ़्री फ़ॉल में नहीं हो सकता, भले ही पैराशूट अभी तक नहीं खोला गया हो। हां, "मुक्त गिरावट" में एक स्काइडाइवर गुरुत्वाकर्षण बल से प्रभावित होता है, लेकिन वह विपरीत बल - वायु प्रतिरोध से भी प्रभावित होता है, और वायु प्रतिरोध बल पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से थोड़ा ही कम होता है।

यदि कोई वायु प्रतिरोध नहीं होता, तो मुक्त रूप से गिरने पर किसी पिंड की गति प्रति सेकंड 9.8 मीटर/सेकेंड बढ़ जाती।

स्वतंत्र रूप से गिरने वाले पिंड की गति और दूरी की गणना निम्नानुसार की जाती है:

वी₀ - प्रारंभिक गति (एम/एस)।

वी- अंतिम ऊर्ध्वाधर गति (एम/एस)।

एच₀ - प्रारंभिक ऊंचाई (एम)।

एच- ड्रॉप ऊंचाई (एम)।

टी- पतझड़ का समय।

जी- मुक्त गिरावट त्वरण (पृथ्वी की सतह पर 9.81 मीटर/सेकेंड2)।

अगर वी₀=0 और एच₀=0, हमारे पास है:

यदि मुक्त पतन का समय ज्ञात हो:

यदि मुक्त गिरावट दूरी ज्ञात हो:

यदि मुक्त गिरावट की अंतिम गति ज्ञात हो:

इन सूत्रों का उपयोग इस फ्री फ़ॉल कैलकुलेटर में किया जाता है।

मुक्त पतन में, जब शरीर को सहारा देने के लिए कोई बल नहीं होता है भारहीनता. भारहीनता फर्श, कुर्सी, मेज और आसपास की अन्य वस्तुओं से शरीर पर कार्य करने वाली बाहरी शक्तियों की अनुपस्थिति है। दूसरे शब्दों में, प्रतिक्रिया बलों का समर्थन करें। आम तौर पर ये बल समर्थन के संपर्क की सतह के लंबवत दिशा में और अधिकतर लंबवत ऊपर की ओर कार्य करते हैं। भारहीनता की तुलना पानी में तैरने से की जा सकती है, लेकिन इस तरह कि त्वचा को पानी का एहसास न हो। जब आप समुद्र में लंबी तैराकी के बाद किनारे पर जाते हैं तो आपके अपने वजन का एहसास हर कोई जानता है। इसीलिए अंतरिक्ष यात्रियों और अंतरिक्ष यात्रियों के प्रशिक्षण के दौरान भारहीनता का अनुकरण करने के लिए पानी के पूल का उपयोग किया जाता है।

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र अपने आप में आपके शरीर पर दबाव नहीं बना सकता। इसलिए, यदि आप किसी बड़ी वस्तु (उदाहरण के लिए, एक हवाई जहाज में) में मुक्त रूप से गिरने की स्थिति में हैं, जो इस स्थिति में भी है, तो शरीर और समर्थन के बीच संपर्क की कोई बाहरी ताकत आपके शरीर पर कार्य नहीं करती है और भारहीनता की भावना होती है, लगभग पानी के समान।

भारहीन प्रशिक्षण विमानअंतरिक्ष यात्रियों और अंतरिक्ष यात्रियों को प्रशिक्षण देने के साथ-साथ विभिन्न प्रयोग करने के उद्देश्य से अल्पकालिक भारहीनता पैदा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ऐसे विमान कई देशों में परिचालन में हैं और वर्तमान में हैं। थोड़े समय के लिए, जो उड़ान के प्रत्येक मिनट के दौरान लगभग 25 सेकंड तक रहता है, विमान भारहीनता की स्थिति में होता है, यानी इसमें मौजूद लोगों के लिए कोई समर्थन प्रतिक्रिया नहीं होती है।

भारहीनता का अनुकरण करने के लिए विभिन्न विमानों का उपयोग किया गया था: यूएसएसआर और रूस में, 1961 से, संशोधित उत्पादन विमान Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK और Il-76MDK का उपयोग इसके लिए किया गया है। अमेरिका में, अंतरिक्ष यात्रियों ने 1959 से संशोधित AJ-2s, C-131s, KC-135s और बोइंग 727-200s पर प्रशिक्षण लिया है। यूरोप में, नेशनल सेंटर फ़ॉर स्पेस रिसर्च (CNES, फ़्रांस) भारहीनता में प्रशिक्षण के लिए एयरबस A310 का उपयोग करता है। संशोधन में ईंधन, हाइड्रोलिक और कुछ अन्य प्रणालियों को परिष्कृत करना शामिल है ताकि अल्पकालिक भारहीनता की स्थिति में उनके सामान्य संचालन को सुनिश्चित किया जा सके, साथ ही पंखों को मजबूत किया जा सके ताकि विमान बढ़े हुए त्वरण (2 जी तक) का सामना कर सके।

इस तथ्य के बावजूद कि कभी-कभी पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में अंतरिक्ष उड़ान के दौरान मुक्त गिरावट की स्थितियों का वर्णन करते समय, कोई गुरुत्वाकर्षण की अनुपस्थिति की बात करता है, बेशक गुरुत्वाकर्षण किसी भी अंतरिक्ष यान में मौजूद होता है। जो गायब है वह वजन है, अर्थात, अंतरिक्ष यान में वस्तुओं पर समर्थन की प्रतिक्रिया का बल, जो गुरुत्वाकर्षण के समान त्वरण के साथ अंतरिक्ष में घूम रहे हैं, जो पृथ्वी की तुलना में केवल थोड़ा कम है। उदाहरण के लिए, 350 किमी की ऊंचाई पर पृथ्वी की कक्षा में, जिसमें अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) पृथ्वी के चारों ओर उड़ता है, गुरुत्वाकर्षण त्वरण 8.8 मीटर/सेकेंड है, जो पृथ्वी की सतह से केवल 10% कम है।

पृथ्वी की सतह पर मुक्त गिरावट के त्वरण के सापेक्ष किसी वस्तु (आमतौर पर एक विमान) के वास्तविक त्वरण का वर्णन करने के लिए, आमतौर पर एक विशेष शब्द का उपयोग किया जाता है - अधिभार. यदि आप झूठ बोल रहे हैं, बैठे हैं या जमीन पर खड़े हैं, तो आपका शरीर 1 ग्राम के अधिभार से प्रभावित होता है (अर्थात, कोई नहीं है)। दूसरी ओर, यदि आप उड़ान भरने वाले हवाई जहाज में हैं, तो आपको लगभग 1.5 ग्राम का अनुभव होता है। यदि वही विमान समन्वित तंग मोड़ लेता है, तो यात्रियों को 2 ग्राम तक का अनुभव हो सकता है, जिसका अर्थ है कि उनका वजन दोगुना हो गया है।

लोग अधिभार (1 ग्राम) के अभाव में रहने के आदी हैं, इसलिए कोई भी अधिभार मानव शरीर को बहुत प्रभावित करता है। शून्य गुरुत्वाकर्षण प्रयोगशाला विमान की तरह, जिसमें शून्य (भारहीनता) और यहां तक कि नकारात्मक जी स्थितियों में सही ढंग से काम करने के लिए सभी द्रव प्रबंधन प्रणालियों को संशोधित किया जाना चाहिए, ऐसी स्थितियों में जीवित रहने के लिए मनुष्यों को भी सहायता और समान "संशोधन" की आवश्यकता होती है। एक अप्रशिक्षित व्यक्ति 3-5 ग्राम (अधिभार की दिशा के आधार पर) पर चेतना खो सकता है, क्योंकि ऐसा अधिभार मस्तिष्क को ऑक्सीजन से वंचित करने के लिए पर्याप्त है, क्योंकि हृदय उसे पर्याप्त रक्त की आपूर्ति नहीं कर सकता है। इस संबंध में, सैन्य पायलट और अंतरिक्ष यात्री सेंट्रीफ्यूज पर प्रशिक्षण लेते हैं उच्च अधिभार की स्थितिउनके दौरान चेतना की हानि को रोकने के लिए। दृष्टि और चेतना की अल्पकालिक हानि को रोकने के लिए, जो काम की परिस्थितियों में घातक हो सकती है, पायलट, अंतरिक्ष यात्री और अंतरिक्ष यात्री ऊंचाई-क्षतिपूर्ति सूट पहनते हैं जो मानव शरीर की पूरी सतह पर एक समान दबाव प्रदान करके अतिभार के दौरान मस्तिष्क से रक्त के बहिर्वाह को सीमित करते हैं।